DE710076C - Gleichrichteranlage fuer hohe Spannungen - Google Patents

Description

, Die Erfindung betrifft eine Gleichrichteranlage für hohe Spannungen mit einer mit Bogenentladung arbeitenden Entladungsröhre mit hochemittierender Glühkathode, wie 5 Oxydkathode, bei welcher in dem Kathodenraum der Röhre oder in einem mit diesem verbundenen Raum ein Metall, vorzugsweise Quecksilber, zur Verdampfung gebracht wird und bei welcher die Anode oder die Anoden sich in Ansatzräumen befinden und zwischen der Kathode und der bzw. den Anoden ein Druckgefälle erzeugt wird.

Unter Kathodenraum ist dabei der die Kathode umgebende Raum und unter Bogenentladung eine Entladung zu verstehen, bei welcher der Gasdruck so hoch ist, daß die Regelung des augenblicklichen Wertes des Stromes bei Stromdurchgang mittels Gittersteuerung, Modulation des Stromes, 1111-möglich ist. In derartigen- Röhren kann die Stromstärke mittels Steuergitter nur dadurch geregelt werden, daß mit Hilfe dieses Gitters der Zündmoment der Entladung bei jeder Halbwelle geregelt wird.

Werden zum Gleichrichten von Strömen bei einer Spannung bis zu mehreren 10 000 Volt Glühkathodenentladungsröhren benutzt, so weisen diese meist ein so hohes Vakuum auf, daß der Entladungsstrom der Röhre ein reiner Elektronenstrom ist und daß keine Ionisierung auftritt. Die Stärke des Stromes, den eine derartige Entladungsröhre durchlassen kann, ist nur gering; diese Röhren verursachen einen großen Spannungsverlust und ergeben daher einen schlechten Wirkungsgrad.

Bei gittergesteuerten Röhren, für Empfangs- oder Sendezwecke hat man schon früher vorgeschlagen, die Entladungsstromstärke durch Ionisation eines Dampfes in der Nähe der Kathode zu vergrößern. Es mußten in diesem Fall unbedingt Mittel vorgesehen werden, um zu verhindern, daß im Gitterraum ionisierter Dampf anwesend war, weil dadurch die Steuerung unmöglich gemacht wurde.

Im Gleichrichterbetrieb hat man auch schon mit Gasionisierung arbeitende Entladungsröhren verwendet, bei denen das Gas über praktisch die ganze Länge der Entladungsstrecke ionisiert wird. Derartige Röhren sind imstande, sehr große Stromstärken

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr. Ir. Johannes Gijsbertus Wilhelm Mulder in Eindhoven, Holland.

durchzulassen und mit geringem Spannungsverlust zu arbeiten. Solche Röhren eigneten sich bis jetzt jedoch im allgemeinen nicht zum Betrieb mit sehr hohen Spannungen, z. B. mit Spannungen von etwa io ooo Volt. Es ist nämlich erforderlich, daß der Gasdruck um so niedriger ist, je höher die Spannung ist, für welche die Röhren benutzt werden. Ein niedriger Gasdruck' verursacht jedoch eine rasche Zerstäubung der Glühkathode und folglich eine geringe Lebensdauer der Röhre, überdies wird durch die beim Betrieb eintretende Verringerung des Gasdrucks, die bei solchen niedrigen Drücken von großiem Einfluß ist, ein Gebrauch von langer Dauer unmöglich gemacht. Aus diesem Grunde ging man bisher bei Spannungen über iooo Volt nur ungern zum Gebrauch von gasgefüllten Gleichrichtern über.

In der Gleichrichteranlage gemäß der Erfindung sind die genannten Übelstände sämtlich dadurch beseitigt, daß im Kathodenraum ein Dampfdruck von einigen Millimetern und in den Anodenräumen von einem Bruchteil eines Millimeters hergestellt wird. Ein derartiger Druckunterschied wird erfindungsgemäß dadurch hervorgerufen, daß der Kathodenraum und die Anodenräume durch Öffnungen geringen Durchmessers voneinan-' der getrennt sind, daß eine besondere Heizvorrichtung, z. B. ein elektrischer Heizapparat, für die Verdampfung des Metalls und eine Vorrichtung zur künstlichen Kühlung nur der Anodenräume, z. B. mittels eines Luftstromes, vorgesehen sind. Diese besondere Heizvorrichtung ist notwendig, weil die Glühkathode nicht ausreicht,, um die erforderlichen Druckverhältnisse zu schaffen. Das kondensierte Quecksilber kann von neuem zur Verdampfung im Kathodenraum benutzt werden. Zu diesem Zweck ist die Einrichtung vorzugsweise derart konstruiert, daß das in den kälteren Teilen, z. B. im Anodenraum, kondensierte Quecksilber Gelegenheit hat, von dort in den Verdampfungsraum zurückzufließen. Das Zurückfließen kann durch die Kanäle stattfinden, durch die auch die Entladung geht. Es können aber auch besondere Röhrchen vorgesehen sein, die für das Zurückfließen des Quecksilbers dienen.

'Der Dampf, der in der Entladungsvorrichtung bei der Anlage gemäß der Erfindung ge-■ bildet wird, reicht gewöhnlich dazu aus, die Entladung zu tragen. Die Entladungsvorrichtung kann also praktisch frei von anderen Gasen sein. Zur Erzielung eines ruhigen Betriebs können auf der Wand der Vorrichtung leitende Teile vorgesehen sein, die mit den Anoden elektrisch verbunden sind und sich nach dem Kathodenraum hin erstrecken.

Diese Teile können aus Metalldrähten, z. B. aus Nickel, bestehen, die um den zum Kathodenraum führenden Kanal gewunden d.

wischen dem oder den Anodenräumen Emd dem Raum, in dem sich die Kathode befindet, kann außerhalb der Entladungsröhre ein Schirm angeordnet sein, der dazu dient, eine Wärmeübertragung zwischen diesen Räumen zu verhindern. Sind mehrere Anodenkammern vorhanden, so können diese den von einer Schirmwand umgebenen Kathodenraum umgeben.

• Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert, in der schematisch eine elektrische Anlage gemäß der Erfindung teilweise dargestellt ist.

In der Zeichnung bedeutet 1 eine elektrische Entladungsvorrichtung, die aus mehreren miteinander verbundenen Räumen besteht. Im Raum 2 befindet sich eine Glühkathode 3, die zweckmäßig eine Oxydkathode ist. In einem zweiten Raum 4 ist eine Anode 5 angeordnet. Als Material für diese Anode eignet sich Graphit besonders gut. Außer dem in der Zeichnung sichtbaren Anodenraum können mehrere solche Räume vorhanden sein, von denen jeder eine Anode enthält, so daß· es möglich ist, zwei-, drei- oder mehrphasige Wechselströme gleichzurichten. Der Anodenraum 4 ist mit dem Kathodenraum 2 durch einen Kanal 6 verbunden, der nach dem Kathodenraum hin abwärts läuft. Soll die Entladungsvorrichtung zum Gleichrichten eines mehrphasigen Wechselstroms dienen, so ist es von Wichtigkeit, daß die Längen der Kanäle für die Entladung, welche die Kammern mit dem Kathodenraum verbinden, miteinander übereinstimmen.

Die Anode 5 ist mit einem Ende der Transformatorwicklung 7 verbunden, deren anderes Ende, das, falls mehrere Phasen gleichgerichtet werden, den Sternpunkt einer Mehrphasenwicklung darstellt, der negative Pol der Anlage ist. Der positive Pol wird durch die Mitte einer Hilfswicklung 8 gebildet, die den Heizstrom für die Glühkathode liefert. Die primäre Transformatorwicklung ist in der Zeichnung nicht dargestellt. >io

Mit dem Kathodenraum 2 steht in unmittelbarer Verbindung ein Gefäß 9, in dem sich ine Menge flüssigen Quecksilbers befindet. Dieses Gefäß ist von einem elektrischen Heizelement 10 umgeben, durch das das Quecksilber erhitzt wird, wodurch sich der Raum 2 mit Quecksilberdampf von einem solchen Druck füllt, daß beim Betrieb keine störende Zerstäubung der Glühkathode auftritt. Die entladungsvorrichtung ist sehr hoch entlüftet, ο daß außer Quecksilberdampf praktisch cein anderes Gas vorhanden ist.

Claims (5)

Unter dem Anodenraum 4 ist ein Ventilator 11 angeordnet, der, von einem elektrischen Motor 12 angetrieben, zur Abkühlung des Anodenraums einen Luftstrom an der Röhren-wand entlang führt. .Es wird dadurch er-: reicht, daß sich Quecksilberdampf in diesem Raum kondensiert und, wie in der Zeichnung dargestellt ist, auf der Wand in Tropfen niederschlägt, die sich zu größeren Mengen vereinigen und durch den nach dem Kathodenraum hin abwärts laufenden "Kanal 6 ab^ fließen, so daß das Quecksilber wieder in das Gefäß 9 gelangt. Es findet also eine fortwährende Zirkulation von Quecksilber statt, das aus dem Gefäß 9 verdampft wird, sich in den Anodenkammern kondensiert und als Flüssigkeit von dort wieder in das Gefäß 9 zurückkehrt. Der Druck des Quecksilberdampfes im Anodenraum ist infolge der Abkühlung sehr niedrig und beträgt nur einen Bruchteil eines Millimeter Quecksilbersäule. Das Quecksilber im Gefäß 9 hingegen wird auf eine Temperatur erhitzt, die den Dampfdruck im Raum 2 bis auf einige Millimeter ansteigen läßt. Geeignete Temperaturen liegen zwischen etwa 110 bis 1500 C." Hinsichtlich des sich von der Anode zum Kathodenraum erstreckenden Teils der Entladungsbahn hat die Gleichrichtervorrichtung also den Charakter eines Gleichrichters mit sehr niedrigem Gasdruck, wodurch sie sich für eine sehr hohe Spannung eignet. Die Spannung zwischen den Elektroden in der nichtwirksamen Halbperiode kann daher unbedenklich 10 kV und mehr betragen. In dem die Glühkathode umgebenden Raum herrscht dagegen ein Druck, wie er in gasgefüllten Gleichrichtern für niedrige Spannungen vorkommt. Wegen dieses hohen Drucks haben positive Ionen, die auf die Glühkathode auftreffen, nur eine geringe Geschwindigkeit, was hinsichtlich der Zerstäubung der Glühkathode von großem Vorteil ist. Es ist dadurch eine durchaus genügende Lebensdauer gesichert. Der hohe Druck wirkt überdies günstig in bezug auf den Spannungsverlust an der Glühkathode. Mittels der beschriebenen Vorrichtung können Ströme von einer Stärke von mehreren Ampere gleichgerichtet werden. In der Nähe der Glühkathode ist eine Hilfselektrode 13 angeordnet, an die eine Spannung in bezug auf die Glühkathode angelegt werden kann, wodurch eine Hilfsentladung herbeigeführt wird, die das Entstehen der Hauptentladung erleichtert. Es kann zu diesem Zweck zweckmäßig eine Gleichstromquelle verwendet werden. In der Zeichnung ist ein besonderer Gleichrichter 14 dargestellt, der eine positive Spannung liefert, die durch Gleichrichtung der beiden Halbwellen eines Wechselstroms entstanden ist. Die Primärwicklung des Transformators, von dem dieser Gleichrichter .gespeist wird, ist nicht dargestellt. Die Wicklung 15, die über Widerstände 16 mit den Anoden 17 verbunden ist und deren Mitte mit der Mitte der Wicklung 8 in Verbindung steht, kann gewünschtenfalls auf dem Haupttransformator angeordnet sein. Die Glühkathode 18 des Hilfs- gleichrichters wird von der Hilfswicklung 19 gespeist, deren Mitte mit der Hilfselektrode verbunden ist. Ein Schirm 20, der aus Metall oder besser noch aus einem die Wärme schlecht leitenden Stoff besteht, wie Asbest o. dgl., befindet sich zwischen den Anoden- und Kathodenräumen und dient dazu, eine Wärmeübertragung zwischen diesen Räumen zu verhindern. Um unerwünschten Erscheinungen bei einer Störung in der Abkühlung der Anodenkammern oder bei der Erhitzung des Quecksilbers vorzubeugen, können Schutzvorrichtungen vorgesehen sein, die z. B. auf die Temperatur oder auf den Druck der vom Ventilator zugeführten Kühlluft reagieren und Relais betätigen, welche die Stromzufuhr zum Gleichrichter ausschalten. ΡΛΪΕΝ ΤΛ Ν SPK Ü CH E:

1. Gleichrichteranlage für hohe Spannungen mit einer mit Bogenentladung arbeitenden Entladungsröhre mit hochemittierender Glühkathode, wie Oxydkathode, bei welcher in dem Kathodenraum der Röhre oder in einem mit diesem verbundenen Raum ein Metall, vorzugsweise Quecksilber, zur Verdampfung gebracht wird und bei welcher die Anode oder die Anoden sich in Ansatzräumen befinden und zwischen der Kathode und der bzw. den Anoden ein Druckgefälle erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung eines Dampfdruckes ι °5 von einigen Millimetern im Kathodenraum und von einem Bruchteil eines Millimeters in den Anodenräumen die Räume durch Öffnungen geringen Durchmessers voneinander getrennt sind, daß eine besondere Heizvorrichtung, z. B. ein elektrischer Heizapparat, für die Verdampfung des Metalls und eine Vorrichtung zur künstlichen Kühlung nur der Anodenräume, z. B. mittels eines Luft- »5 stromes, vorgesehen sind.

2. Gleichrichteranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Quecksilber, das sich in den kälteren Teilen,

z. B. in den Anodenräumen, kondensiert, Gelegenheit findet, in den Verdampfungsraum zurückzufließen.

3· Gleichrichteranlage nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungsröhre außer dem in der Röhre gebildeten Dampf praktisch kein Gas enthält.

4. Gleichrichteranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich außerhalb der Entladungsröhre zwischen dem Glühkathodenraum und dem oder den Anodenräumen ein Schirm als Wärmeschutz befindet.

5. Gleichrichteranlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von Anodenkammern den Kathodenraum und eine diesen umgebende Schirmwand umgeben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen