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Anordnung zur Gleichrichtung von hochgespanntem niederfrequentem Wechselstrom
Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung zur Gleichrichtung von hochgespanntem
.niederfrequentem Wechselstrom mittels Funkenentladung zwischen Spitze und Platte
unter Verwendung einer dem Arbeitskreis induktiv, kapazitiv oder galvanisch überlagerten
hochfrequenten Zündspannung, wobei es darauf ankommt, daß die überlagerungsspannung
im hochfrequenten Zündkreis einen Bruchteil der beträchtlich unterhalb der Zündspannung
der Funkenstrecke liegenden Transformatorspannung beträgt. Damit unterscheidet sich
die Anordnung nach der Erfindung von bekannten Schaltungen mit aus Spitze-Platte
bestehender Funkenstrecke oder einer der Spitze-Platte-Anordnung bis auf den Polaritätseffekt
ähnlichen Lichtbogenkammer. Die beiden der. Erfindung zugrunde liegenden, dem Bekannten
gegenüber neuen Erkenntnisse, nämlich Verwendung einer hochfrequenten Zündspannung
von außergewöhnlich geringer Höhe und einer weit unter der Zündspannung der Funlrenstrecke
liegenden Transformatorspannung, sichern eine einwandfreie Wirkung, wie des näheren
im nachstehenden erläutert. Vor allem ist es bei der Anordnung nach der Erfindung
nicht mehr nötig, zwei in Reihe liegende Funkenstrecken zu verwenden, da die Betriebsspannung
genügend weit unterhalb der Rückzündungsspannung der Funkenstrecke liegt, um einen
sicheren Betrieb mit einer einfachen Funkenstrecke zu gewährleisten. Insbesondere
für elektrische Gasreinigungsanlagen ist dieser Umstand von vorteilhafter Bedeutung.
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Die Erfindung ist die Anwendung einer Erscheinung, die bei der Untersuchung
der Entladung zwischen Spitze und Platte gefunden worden ist. Es wurde nämlich gefunden,
däß die polare Wirkung, die bekanntlich bei der Spitzenentladung auftritt, aber
nicht groß genug ist, um' technisch ohne weiteres für Gleichrichteranordnungen nutzbar
zu sein, ganz wesentlich gesteigert wird, wenn die an der Spitze sich ausbildende
Glimmentladung von einem - Hochfrequenzstrom überlagert wird, dessen Spannungsamplitude
die zwischen den Elektroden herrsFhende Spannung nur unmerklich verändert.
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Wenn man nämlich in einer fest eingestellten Spitze-Platte-Anordnung
der Spitze ein positives Gleichstrbmpotential gibt, so hat die Zündspannung einen
verhältnismäßig hohen Wert, beispielsweise io ooo Volt. Legt man andererseits an
dieselbe Anordnung statt der Gleichspannung eine Hochfrequenzspannung, so schlägt
die vorerwähnte Funkenstrecke bekanntlich j e nach der Frequenz schon bei einer
geringeren Spannung über; diese Spannung sei in dem zugrunde gelegten Beispiel
7000 Volt.
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Für die nunmehr zu beschreibende Wirkung wird aber nur ein geringer
Bruchteil dieser Hochfrequenzzündspannung von 7000 Volt benötigt; z. B. genügen
im vorliegenden Beispiel nur etwa 5 °1o, also 350 Volt.
überlagert
man jetzt die an die Spitze-Platte-Anordnung gelegte Gleichstromspannung, wobei
die Spitze positives Potential besitzt, mit der Hochfrequenzspannung von
350 Volt; sä würde man zu erwarten haben, daß die fruhee, gefundene Zündspannung
von io oco y e1' nicht wesentlich verändert wird, weil die Überlagerung der Spannungsamplituden
nur in den Grenzen von 1o 35o bis 9650 Volt liegende Werte ergibt.
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überraschenderweise zeigt es sich aber, daß durch diese Überlagerung
der Überschlag bereits bei einer Spannung von etwa 5000 Volt erfolgt. Wechselt
man die Polarität, so daß an der Spitze negatives Potential besteht, so hat dies
nicht die geringste Wirkung. Die Zündspannung bleibt die gleiche, ob eine überlagerung
angewendet wird oder nicht.
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Erfindungsgemäß wird nun diese Tatsache bei einer Anordnung zur Umformung
von hochgespanntem niederfrequentem Wechselstrom in Gleichstrom benutzt, wobei die
aus Spitze und Platte in bekannter Weise gebildete Funkenstrecke in Verbindung mit
den Vorrichtungen, die den hochfrequenten Hilfsstrom erzeugen, als Ventil wirksam
ist: Während derjenigen Halbperiode, in der die Spitze negativ ist, sperrt (bis
auf den praktisch zu vernachlässigenden Spitzenstrom) das Ventil den Stromdurchgang,
in der anderen Halbperiode wird bereits bei relativ geringer Spannung (im vorigen
Beispiel bei 5oöo Volt) die Ventilstrecke durch Funken- oder bei größerem Energiedurchgang
durch Lichtbogenentladung leitend.
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Bei Lichtbogenventilen hochfrequente Zündströme zu überlagern, ist
bereits bekannt; diese haben. aber ausschließlich die Aufgabe, die Funkenstrecke
beim Anschwellen der Wechselspannung schon bei einem niedrigen Spannungswert vorübergehend
zu zünden; so daß der nun nachfolgende Wechselstroinlichtbogen schon bei einer 'geringeren
Spannung als der Zündspannung einsetzen kann. Der hochfrequente Zündhilfsstrom muß
dabei in diesen bekannten Fällen die Größenordnung der Zündspannung besitzen, j
a sie praktisch meist überschreiten. Im Gegensatz dazu ist für den hochfrequenten
Hilfsstrom nach der Erfindung nur eine Überlagerungsspannung in der Größenordnung
von 5 °@o dieser Zündspannung notwendig.. < Die Wirkung, auf welcher die Erfindung
beruht, ist zur Zeit noch nicht restlos geklärt, doch scheint sie nach neueren Untersuchungen;,
die sich auch auf die Spitzenentladung im Vakuum erstreckten, auf folgendem Vorgang
zu beruhen: Es ist bekannt, daß die Entladungsschichten um eine glimmende Spitze
im wesentlichen dieselben sind wie die Entladungsschichten bei der. Glimmentladung
im Vakuum. Der Erscheinung eigentümlich ist vor allein das blaue Kathodenlicht,
das bei normaler Ent-;;Ladung dicht auf der Kathode aufsitzt. Bei r negativen Spitzenentladung
trifft das auch 'der Umgebung der Spitze zu, bei der pösi--'t'An Spitzenentladung
aber liegt das Kathodenlicht im Raume und grenzt nicht an die negative Plattenelektrode;
die positive Spitzenentladung ist :daher labil und kann durch geringe Veränderungen
in die Form der Funken- oder Lichtbogenentladung umschlagen. Es ist nun auch bekannt,
daß Entladungen dadurch beeinfiußt werden können, daß man sie mit hochfrequenten
Strömen überlagert; diese Tatsache wird erklärt durch Resonanzschwingungen der Ladungsträger.
Im vorliegenden Falle genügt augenscheinlich schon eine äußerst geringe Anregungsspannung,
um die labile Form der positiven Spitzenentladung in die .stabile der Funken-oder
Lichtbogenentladung überzuführen. Die negative Spitzenentladung ist aber von Natur
aus stabil, und daraus erklärt sich die polare Wirkung.
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Wie die Erfindung im ,einzelnen ausgeführt und angewendet werden kann,
zeigt die Zeichnung,,auf der mehrere Beispiele dargestellt sind.
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Abb. i ist ein schematisches Schaltbild. Es bezeichnen z einen Hochspannungstransformator,
z die einstellbaren Ventilelektroden (Spitze-Platte), 3 einen Speicherkondensator,
q. den Gleichstromverbraucher (im vorliegenden Fall eine Röntgenröhre), 5 einen
auf verschiedene Frequenzen einstellbaren Röhrensender, 6 und 6a eine einstellbare
Koppelspuleneinrichtung und 7 eine Antenne. Die Heizkreise für die Sende- und Röntgenröhre
sowie die Vorrichtungen zur Erzeugung der Anodenspannung für die erstere sind in
der Zeichnung weggelassen.
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Mit Hilfe der Einstellorgane ist es leicht möglich, die günstigste
Gleichrichterwirkung zu erzielen. Die durch den Sender 5 auf die i Koppelspüle'6a
übertragene Hochfrequenzenergie schwingt in dem durch die Antenne 7, die als Kondensator
wirkende Funkenstrecke 2 (die auch durch einen Kondensator überbrückt werden kann),
die Koppelspule 6, den Kondensator 3 und 'Erde gebildeten Schwingungskreis und erzeugt
an den Elektroden -2 eine hochfrequente Hilfsspannung von verhältnismäßig geringer
Höhe. Die von dem Transformator i gelieferte niederfrequente Spannung ladet daher
den Kondensator 3 nur auf, wenn bei positiver Spitze; veränlaßt durch den überlagerten
Hochfrequeiizstrom, eia Funken oder Lichtbogen' die Elektroden überbrückt: Der Kondensator
3 ist so bemessen, daß die Röhre q: nur einer geringen Welligkeit ausgesetzt ist.
In
Abb. 2 sind mehrere Ausführungsformen beispielsweise vereinigt: Hier wird die im
Niederfrequenztransformator i erzeugte Energie des Umformerkrei--ses zur Erzeugung
der Hochfrequenzenergie mitverwendet, indem unmittelbar vor den Ventilelektroden
:2 eine möglichst ungedämpfte Hochfrequenzschwingungenerzeugende uder, mit anderen
Worten, eine gute Hochfrequenzlöschwirkung hervorrufende Löschfunkenstrecke 9 in
den Umformerkreis eingeschaltet wird. Die dadurch im Umformerkreis entstehenden
hochfrequenten Schwingungen genügen vollauf, um die Gleichrichterwirkung in voller
Stärke auszulösen. In Abb.2 ist beispielsweise eine besondere Schaltung gewählt,
um beide Periodenhälften für die Gleichrichtung nutzbar zu machen: Zu diesem Zweck
laden die gegensinnig angeordneten und mit j e einem Kondensator überbrückten Ventile
:z j e einen der beiden Kondensatoren 3 auf, so daß zwischen den Klemmen 13 und
1q. die volle Gleichspannung entsteht, die verwendet werden kann, um einige parallel
geschaltete Elektrofilter 15 mit hochgespanntem Gleichstrom zu versorgen.
Vorteilhaft werden hier die Ventile 2 für höhere Leistungen in bekannter Weise so
eingerichtet, daß eine Luftströmung zwischen den Elektroden aufrechterhalten wird.
Es hat sich gezeigt, daß der Vorgang, auf dem die Erfindung beruht, für gewisse
Frequenzen der überlagernden Schwingung Höchstwerte annimmt, doch ist die Resonanzkurve
derart flach, daß im ganzen Hochfr equenzgebiet mit gutem Erfolg gearbeitet werden
kann.