DE674673C - Anordnung zur Stromumformung mit Hilfe von Gas- oder Dampfentladungsgefaessen mit lichtbogenartiger Entladung - Google Patents

Anordnung zur Stromumformung mit Hilfe von Gas- oder Dampfentladungsgefaessen mit lichtbogenartiger Entladung

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DE674673C
DE674673C DEA75047D DEA0075047D DE674673C DE 674673 C DE674673 C DE 674673C DE A75047 D DEA75047 D DE A75047D DE A0075047 D DEA0075047 D DE A0075047D DE 674673 C DE674673 C DE 674673C
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DE
Germany
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discharge
anode
cathode
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gas
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Expired
Application number
DEA75047D
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English (en)
Inventor
Dr Phil Werner Koch
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AEG AG
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AEG AG
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Publication date
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J17/00Gas-filled discharge tubes with solid cathode
    • H01J17/02Details
    • H01J17/14Magnetic means for controlling the discharge

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  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Description

  • Anordnung zur Stromumformung mit Hilfe von Gas- oder Dampfentladungsgefäßen ' mit lichtbogenartiger Entladung Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Stromumformung mit Hilfe von Entladungsapparaten mit Gas- oder Dampffüllung, lichtbogenartiger Entladung und flüssiger oder Glühkathode, deren Anoden in vom Kathodenraum getrennten rohrförmigen Ansätzen untergebracht sind. Bei Entladungsapparaten mit Gas- oder Dampffüllung ist es bekanntlich zur Erhöhung der Durchschlagsspannung notwendig, den Druck niedrig zu halten. Während der Sperrperiode des Entladungsgefäßes entsteht nämlich eine Glimmentladung, bei der einzelne Anoden des Entladungsgefäßes von positiven Ionen mit sehr hoher Geschwindigkeit getroffen werden. Dadurch treten bei den bekannten Anordnungen sehr leicht Rückzündungen auf, weil unter dem Einfluß der auftreffenden Ionen eine lokale Erwärmung von Teilchen stattfindet, die im erwärmten Zustand zum Aussenden von Elektronen befähigt sind. Zur Verminderung dieser Gefahr ist es gebräuchlich, bei Gas- oder Dampfentladungsapparaten für hohe Spannung den Druck erheblich niedriger zu wählen als bei niedriger Anodenspannung. Dieses Verfahren zum Betriebe von Gas- oder Dampfentladungsapparaten für hohe Spannung hat jedoch den Nachteil, daß sehr leicht erhebliche Überspannungen zwischen den Anoden der Kathode und dem Gefäß auftreten. Besonders in den Anodenarmen bzw. Anodenschutzrohren tritt bei großer Stromstärke bei der niedrigen Dichte des Dampfes oder Gases ein Mangel an positiven Ionen auf. Zur Herstellung betriebssicherer Vakuumentladungsapparate ist es deshalb notwendig, einen Gasdruck zu wählen, bei dem auch bei hoher Anodenspannung nur eine geringe Glimmentladung auftritt und bei dem andererseits während der Durchlaßperiode auch bei großer Stromstärke kein Mangel an Ionen auftritt.
  • Es ist selbstverständlich nicht immer möglich, beide Bedingungen gleichzeitig in vollkommener Weise zu erfüllen. Den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet deshalb eine Anordnung zur Stromumformung mit Hilfe von Gas-, oder Dampfentladungsgefäßen mit lichtbogenartiger Entladung und flüssiger oder Glühkathode, deren Anoden in vom Kathodenraum getrennten rohrförmigen Ansätzen (Anodenarmen) untergebracht sind, die sich von dem Bekannten dadurch unterscheidet, daß der Druck in dem Entladungsgefäß derart niedrig gewählt ist, daß bei der vorhandenen Betriebsspannung trotz ausreichenden Elektrodenabstandes eine merkliche Entladung in der Durchlaß- und in der Sperrichtung wegen der geringen Zahl der möglichen Zusammenstöße zwischen Elektronen und Gasteilchen aus sich heraus weder einsetzen noch bestehen kann, und bei der ferner je Anodenarm eine oder mehrere Magnetspulen vorgesehen sind, die nur während der Dauer der Durchlaßperiode oder während eines Teiles derselben eingeschaltet sind und in dieser Zeit Magnetfelder solcher Feldrichtung erzeugen, daß die Elektronenbahnen erheblich verlängert werden. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit zu Zusammenstößen zwischen Elektronen und Gasteilchen derart erhöht, daß eine Entladung zwischen Anode und Kathode durch die ionisierten Gasteilchen zustande kommen kann.
  • Die Erfindung soll an Hand der Abbildung auseinandergesetzt werden, die in schematischer Darstellung als Ausführungsbeispiel einen Glühkathodengleichrichter mit Gas- oder Dampffüllung «-iedergibt. Einen Teil der von der Kathode a ausgesandten Elektronen bewegt sich unter dem Einfluß der positiven Spannung der in einem rohrförmigen Ansatz befindlichen Anode z auf die Anode zu. Da der Gasdruck in dem Entladungsgefäß sehr niedrig ist, so ist die Wahrscheinlichkeit für Zusammenstöße zwischen den Elektronen und den Gasmolekülen verhältnismäßig gering, so daß nur eine außerordentlich geringe Anzahl von positiven Ionen gebildet wird. Infolgedessen ist die zur Einleitung des Stromes in der Vorwärtsrichtung erforderliche Zündspannung außerordentlich hoch. Auf der anderen Seite hat der niedrige Druck zur Folge, daß nur sehr wenig positive Ionen während der Sperrperiode zur Anode gelangen und umgekehrt von den wenigen von der Anode ausgehenden Elektronen nur ein möglichst geringer Bruchteil imstande ist, Ionen zu bilden. Bei der vorhandenen Betriebsspannung liegen die Verhältnisse derart, daß trotz ausreichenden Elektronenabstandes in der Durchlaß- und in der Sperrichtung eine merkliche Entladung weder einsetzen noch bestehen kann. Nach der Erfindung werden nun an dem die Anode enthaltenden rohrförmigen Ansatz Magnetspulen vorgesehen, die in der Durchlaßperiode magnetische Felder mit solcher Feldrichtung erzeugen, daß die Elektronen, die sich von der Kathode während der Durchlaßperiode auf die Anode zu bewegen, unter dem Einfluß des magnetischen Feldes sich auf längeren Bahnen bewegen, als wenn das Feld nicht vorhanden wäre. Die Folge davon ist, da,ß die Zahl der Zusammenstöße zwischen Elektronen und Atomen oder Molekülen erheblich zunimmt. Auf diese Weise kommt die für die Ausbildung und Aufrechterhaltung der Entladung erforderliche Ionisation zustande, obgleich die Gasdichte nur sehr gering ist. Während der Sperrperiode müssen selbstverständlich diese Magnetfelder ganz wegfallen. Es können dann aber mit Hilfe geeigneter Spulen Magnetfelder solcher Feldrichtung erzeugt werden, daß die Entionisierung der Gasstrecke unterstützt wird.
  • Die in der Durchlaßperiode oder während eines Teiles derselben wirksamen Magnetfelder werden bei der in der Abbildung dargestellten Röhre durch eine oder mehere den Anodenarmansatz umschließendeMagnetspulen 3 und q. erzeugt, die so gespeist sind, daß das Feld ebenso auf die Anode zu gerichtet ist, wie es in der Abbildung durch die voll ausgezogenen Pfeile angedeutet ist. Die Elektronen, die von der Kathode aus in den Bereich dieses Magnetfeldes gelangen, laufen dann auf schraubenlinienförmigen Bahnen in demselben, so daß sie sehr viel häufigere Zusammenstöße mit den Gasmolekülen erleiden als ohne die Wirkung des Magnetfeldes. Die Magnetspulen werden zweckmäßig mit periodischen Spannungen von gleicher Frequenz wie die Anodenspannung gespeist. Handelt es sich um eine Steuerung des Einsetzens der Entladung während der Durchlaßperiode, so kann entweder das magnetische Feld in jeder Periode mehr oder weniger verspätet durch einen entsprechenden phasenverschobenen Strom erzeugt werden, oder aber es kann wie bei den bekannten gittergesteuerten Entladungsapparaten ein elektrisch geladenes Gitter vorgesehen werden, das die Elektronen aus dem Entladungsraum während einer einstellbaren Zeit zu Beginn jeder Durchläßperiode am Eintritt in das Magnetfeld hindert. Es ist zweckmäßig, dieses Steuergitter in einem solchen Abstand anzuordnen, daß die einzelnen Elektronen nicht in den Bereich der großen Feldstärke der einzelnen Magnetspulen gelangen.
  • In vielen Fällen wird es notwendig sein, das Magnetfeld über einen verhältnismäßig langen Teil des im Anodenarm verlaufenden Lichtbogeneeges auszudehnen. Es treten nämlich häufig Schwierigkeiten dadurch auf, daß selbst, wenn die Entladung bis zu dem der Kathode nächsten Gitter eingesetzt hat, die Entladung sich nicht in die der Anode näher liegenden Teile des Schutzrohres oder Anodenarmes hinein fortpflanzt. Vorteilhaft kann es auch sein, mehrere Gitter 5 und 6 vorzusehen, die beispielsweise, wie-bereits anderweit vorgeschlagen, über Widerstände mit einander und mit der Steuerungseinrichtung verbunden sind. Wenn dann- die Entladung zu dem untersten Gitter 5 eingesetzt hat, so werden die Elektronen auch unter dem Einfluß des zweiten Gitters 6 dem Magnetfeld der Spule 3 zugeführt.
  • Während der Sperrperiode werden die Magnetspulen 3 und q. nicht erregt, so daß die Bahnen der Elektronen, die von der Anode z ausgehen, nicht verlängert werden.
  • Es ist jedoch zur Verstärkung der Entionisierung oft zweckmäßig, während dieser Zeit mit Hilfe der zusätzlich vorhandenen Magnetspulen 7 und 8 ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen, das die Entionisierung der Entladungsstrecke unterstützt und vorzugsweise senkrecht zur Entladungsbahn gerichtet ist, wie es in der Abbildung durch die punktiert gezeichneten Pfeile angedeutet ist. Die Entionisierung kann auch in an sich bekannter Weise mit Hilfe von Entionisierungsflächen oder ähnlich wirkenden Hilfselektroden unterstützt werden.
  • Die Erfindung kann sinngemäß Anwendung finden auf Vakuumentladungsapparate mit Gas-oder Dampffüllung und lichtbogenartiger Entladung, die mit mehreren in Anodenrohren untergebrachten Anoden oder mit einer flüssigen Kathode statt mit einer Glühkathode ausgerüstet sind. Bei Entladungsapparaten mit flüssiger Kathode, beispielsweise bei Quecksilberdampfgleichrichtern, ist es in manchen Fällen zweckmäßig, zu Beginn jeder Brennperiode die Elektronenemission der Kathode in an sich bekannter Weise neu einzuleiten. Für die meisten Zwecke empfiehlt es sich jedoch, durch einen Erregerlichtbogen den Katkodenfleck dauernd aufrechtzuerhalten. Wegen des geringen Gasdruckes treten dabei unter Umständen dieselben Schwierigkeiten auf wie bei der Hauptentladung, so daß es manchmal notwendig ist, auch die Entladung zu den Erregeranoden durch entsprechend gerichtete Magnetfelder zu unterstützen.
  • Bei den Entladungsgefäßen, bei denen der OOuerschnitt nur in dem die Anode enthaltenden Ansatz gering, in der Umgebung der Kathode aber sehr groß ist, genügt es im allgemeinen, wenn, wie oben angegeben, nur in dem engen Teil der Entladungsbahn die Ausbildung und Aufrechterhaltung des Lichtbogens mit Hilfe von Magnetfeldern unterstützt wird. Wenn jedoch die Entladungsbahn auch in der Umgebung der Kathode verhältnismäßig eng ist, ist es vorteilhaft, die gesamte Entladungsstrecke mit während der Durchlaßperiode wirksamen Magnetspulen auszurüsten.
  • Die Erfindung kann nicht nur bei der Umformung von Wechselstrom in Gleichstrom, sondern auch bei der Umformung von Gleichstrom in Wechselstrom und zur Umwandlung der Frequenz Anwendung finden.
  • Die Verwendung von Magnetfeldern zur Steuerung der Entladung in einer Gas- oder Dampfentladungsröhre bzw. zur Erhöhung des Ionisierungsgrades in einer solchen Röhre durch Verlängerung der Elektronenwege ist an sich nicht neu. Im vorliegenden Falle handelt es sich aber darum, solche Magnetfelder, wie oben angegeben, bei Entladungsgefäßen bestimmter Bauart in Verbindung mit einem außerordentlich geringen Gasdruck in der Röhre und in bestimmter Weise zu benutzen. Durch die Erfindung sind Entladungsgefäße mit lichtbogenartiger Entladung geschaffen, die mit sehr hohen Spannungen beanspruchbar sind, ohne daß die Gefahr einer Rückzündung besteht.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: r. Anordnung zur Stromumformung mit Hilfe von Gas- oder Dampfentladungsgefäßen mit lichtbogenartiger Entladung und flüssiger oder Glühkathode, deren Anoden in vom Kathodenraum getrennten rohrförmigen Ansätzen' (Anodenarmen) untergebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Entladungsgefäß derart niedrig gewählt ist, daß bei der vorhandenen Betriebsspannung trotz ausreichenden Elektrodenabstandes eine merkliche Entladung 'in der Durchlaß- und in der Sperrichtung wegen der geringen Zahl der möglichen Zusammenstöße zwischen Elektronen und Gasteilchen aus sich heraus weder einsetzen noch bestehen kann, und daß ferner je Anodenarm eine oder mehrere Magnetspulen vorgesehen sind, die nur während der Durchlaßperiode oder während eines Teiles derselben eingeschaltet sind und in dieser Zeit Magnetfelder solcher Feldrichtung erzeugen, daß die Elektronenbahnen erheblich verlängert und dabei so viel Gasteilchen ionisiert werden, daß eine Entladung zwischen Anode und Kathode zustande kommen kann.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch y, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Magnetspulen vorgesehen sind, durch die in der Sperrperiode ein die Entionisierung der Entladungsstrecke unterstützendes Magnetfeld mit vorzugswveise senkrecht zum Entladungsweg stehender Feldrichtung erzeugt wird.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß zur Speisung der in der Durchlaßperiode wirksamen Magnetfelder periodische Spannungen gleicher Frequenz wie die Anodenspannung dienen. q..
  4. Anordnung nach Anspruch z und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um die Phasenlage der die in der Durchlaßperiode wirksamen Magnetfelder erzeugenden Spannungen gegenüber der Anodenspannung zu verschieben.
  5. 5. Anordnung nach Anspruch x und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Gitter in solcher Lage in bezug auf die in der Durchlaßperiode wirksamen Magnetspulen angeordnet sind, daß sie bei geeigneter Spannung gegenüber dem Entladungsraum die Elektronen am Eintritt in den Bereich höherer Feldstärke der Magnetspulen hindern können. -
  6. 6. Anordnung nach Anspruch z und folgendc,n mit verdampfbarer Kathode, gekennzeichnet durch einen derartigen Aufbau, daß die Kathodenemission zu Beginn jeder Brennperiode neu eingeleitet wird.
  7. 7. Anordnung nach Anspruch z und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufrechterhaltung des Erregerlichtbogens eine oder mehrere Magnetspulen vorgesehen sind, durch deren Magnetfelder eine Bahnkrümmung der Elektronen des Erregerlichtbogens bewirkt wird.
DEA75047D 1935-01-15 1935-01-16 Anordnung zur Stromumformung mit Hilfe von Gas- oder Dampfentladungsgefaessen mit lichtbogenartiger Entladung Expired DE674673C (de)

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