DE761839C

DE761839C - Electric rectifier tubes, especially for high voltages

Info

Publication number: DE761839C
Application number: DEP82854D
Authority: DE
Inventors: Robert Dr Rompe; Paul Dr Schulz
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1941-08-09
Filing date: 1941-08-09
Publication date: 1954-10-11

Description

Elektrische Gleichrichterröhre, insbesondere für hohe Spannungen Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Gleichrichterröhren, bei, denen die gleichrichtende Wirkung mittels einer gesteuerten Hilfselektrode herbeigeführt wird. Die bekannten Gleichrichterröhren dieser Art arbeiten, sofern es sich um die Gleichrichtung verhältnismäßig niedriger Spannungen handelt, meist mit einer Entladung in Quecksilberdampf von sehr niedrigem Druck, um eine niedrige Brennspannung des Lichtbogens zu erreichen und dadurch den Leistungsverbrauch der Gleichrichterröhre gering zu halten. Diese Gleichrichterröhren erfordern umständliche Kühlvorrichtungen zur Niedrighaltung des Dampfdruckes bei allen im Betriebe auftretenden Strombelastungen. Auch muß dabei: die Gleichrichterröhre verhältnismäßig große Abmessungen erhalten, damit sich beim Betriebe genügend niedrige Temperaturen der Gefäßwandung ergeben.Electric rectifier tube, especially for high voltages Invention relates to electrical rectifier tubes, in which the rectifying Effect is brought about by means of a controlled auxiliary electrode. The known Rectifier tubes of this type work, provided that the rectification is proportionate low voltages, usually with a discharge in mercury vapor of very low pressure to achieve a low arc voltage and thereby to keep the power consumption of the rectifier tube low. These Rectifier tubes require cumbersome cooling devices to keep them low the vapor pressure for all current loads occurring in the company. Also must: the rectifier tube get relatively large dimensions so that when Operations result in sufficiently low temperatures of the vessel walls.

Man hat auch schon bei Gleichrichterröhren mit steuernder Hilfselektrode vorgeschlagen, eine nur aus permanenten Gasen bestehende Füllung bis herauf zu einer Atmosphäre vorzusehen, wobei aber das Verhältnis der Sperrspannung zur V erlustspannung nicht sonderlich günstig liegt und ganz erhebliche Schwierigkeiten auftreten, wenn es sich um die Gleichrichtung von höheren Spannungen handelt.One has also seen rectifier tubes with a controlling auxiliary electrode proposed a filling consisting only of permanent gases up to one To provide atmosphere, but the ratio of the reverse voltage to the loss voltage is not particularly favorable and very considerable difficulties occur when it comes to the rectification of higher voltages.

Für Spannungen von über 2o ooo Volt, beispielsweise 50 ooo°und ioo ooo Volt, kommen bis heute nur Hochv akuumgleichrichter mit fremdgeheizter Glühkathode, sogenannte Ventilröhren, in Frage. Aus Gründen der Raumladung und der begrenzten Belastbarkeit der Glühkathode lassen sich bei diesen Ventilröhren nur verhältnismäßig geringe Entladungsstromstärken von Bruchteilen eines Ampere erreichen. Ein Nachteil dieser Ventilröhren liegt auch darin, daß die Glühkathode einer besonderen Heizvorrichtung bedarf, die insbesondere dann zu umständlichen und teuren Anordnungen führt, wenn derartige Ventilröhren in den üblichen Kaskadenschaltungen verwendet werd°n.For voltages of over 20,000 volts, for example 50,000 and 10,000 ooo volts, only high-vacuum rectifiers with externally heated hot cathodes are available to this day, so-called valve tubes, in question. For reasons of space charge and the limited Resilience of the hot cathode can only be relatively low with these valve tubes achieve low discharge currents of fractions of an ampere. A disadvantage This valve tube is also due to the fact that the hot cathode of a special heating device which leads to cumbersome and expensive arrangements in particular when such valve tubes are used in the usual cascade circuits.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß sich sowohl für niedrige Spannungen als auch für hohe und höchste SM annungen einfache Gleichrichterröhren mit gesteuerter Hilfselektrode erzielen lassen, wenn nach der Erfindung unter Verwendung eines entsprechend druckfest ausgebildeten Entladungsgefäßes eine nur aus permanenten Gasen bestehende Füllung mit Drücken -# an mehr als ¢ Atmosphären, vorzugsweise mehr als 2o Atmosphären, vorgesehen wird.The invention is based on the knowledge that both for low Voltages as well as simple rectifier tubes for high and highest SM voltages can be achieved with controlled auxiliary electrode when using according to the invention of a correspondingly pressure-resistant discharge vessel, one only made of permanent ones Gas filling with pressures - # at more than ¢ atmospheres, preferably more than 20 atmospheres is provided.

Es hat sich gezeigt, daß sich mit wachsendem Druck der permanenten Gasfüllung das Verhältnis der Sperrspannung zur Verlustspannung immer mehr verbessert und daß sich auch bei Vorsehung einer Gasfüllung mit hohem und sehr hohem Druck verhältnismäßig niedrige Brennspannungen erzielen lassen, so daß der Energieverlust der neuen Gleichrichterröhre nicht größer wird als bei den bisher üblichen Gleichrichterröhren. Es wurde nämlich gefunden, daß im Vergleich zu einer Quecksilberdampfentladung gleich hohen Druckes der Spannungsabfall der Lichtbogensäule in einer überdruckgasfüllung, die vorzugsweise aus Edelgasen, insbesondere aus Krypton oder Xenon, besteht, nur etwa den fünften bis zehnten Teil beträgt, so daß die Lichtbogenbrennspannung bei den unteren Druckwerten nur etwa 15 bis 2o Volt erreicht. Bei Gleichrichterröhre:n, die für hohe Spannungen bestimmt sind und demzufolge mit sehr hohen Gasdrücken bei etwas größeren Elektrodenabständen arbeiten, ergeben sieb. Brennspannungen von etwa .ao bis So Volt, was aber im Vergleich zu der hohen Anschlußspannung prozentual nicht ins Gewicht fällt.It has been shown that with increasing pressure, the permanent Gas filling improves the ratio of the reverse voltage to the loss voltage more and more and that even if a gas filling with high and very high pressure is provided Can achieve relatively low operating voltages, so that the energy loss the new rectifier tube does not get any larger than the previously used rectifier tubes. Namely, it has been found to be the same as compared to a mercury vapor discharge high pressure the voltage drop of the arc column in a pressurized gas filling, which preferably consists of noble gases, in particular krypton or xenon, only is about the fifth to tenth part, so that the arc voltage is at reaches the lower pressure values only about 15 to 20 volts. With rectifier tube: n, which are intended for high voltages and therefore with very high gas pressures work a little larger electrode spacing, result in sieve. Burning voltages of about .ao to So volts, which is a percentage in comparison to the high connection voltage does not matter.

Wesentliche Vorteile der neuen Gleichrichterröhre, die beispielsweise aus Quarzglas, Keramik oder gegebenenfalls auch aus 'Mietall bestehen kann, liegen in ihren überaus geringen Abmessungen, ihrer hohen Strombelastbarkeit und ihrer einfachen Bauart. Zum Beispiel läßt sich nach der Erfindung eine Gleichrichterröhre mit etwa io Atmosphären Druck für eine Spannung von 50 00o Volt herstellen, bei der der Elektrodenabstand nur etwa 3 cm und der größte Gefäßdurchmesser nur etwa 5 cm betragen. Bei sehr hohen Gasdrücken von etwa ioo Atmosphären und mehr kommen bei verhältnismäßig niedrigen Anschlußspannungen sehr kleine Elektrodenabstände bis herab zu etwa iMillimeter in Frage.Significant advantages of the new rectifier tube, for example made of quartz glass, ceramics or possibly also from 'Mietall can be in their extremely small dimensions, their high current carrying capacity and their simple design. For example, a rectifier tube can be used in accordance with the invention at about 10 atmospheres pressure for a voltage of 50,000 volts the electrode distance is only about 3 cm and the largest vessel diameter only about 5 cm. At very high gas pressures of around 100 atmospheres and more with relatively low connection voltages, very small electrode gaps down to about iMillimeter in question.

Bei der neuen Gleichrichterröhre ist eine Fremdheizung der Kathode nicht mehr erforderlich, was die ganze Gleichrichteranordnung wesentlich vereinfacht. Für jede der beiden Elektroden ist nur noch eine einzige Stromzuführung notwendig. Die Kathode erhält zweckmäßig so kleine Abmessungen, daß sie durch den Entladungsstrom auf Glühemission erhitzt wird. Es können dann besonders hohe Entladungsströme erzielt werden; auch begünstigt die Glühemission der Kathode die Zündung der Röhre in der Durchgangsphase.In the new rectifier tube, the cathode is externally heated no longer required, which significantly simplifies the entire rectifier arrangement. Only a single power supply is required for each of the two electrodes. The cathode expediently has such small dimensions that it is affected by the discharge current is heated to glow emission. Particularly high discharge currents can then be achieved will; the glow emission of the cathode also favors the ignition of the tube in the Transition phase.

Die Steuerung der neuen Gleichrichterröhre erfolgt in an sich bekannter Weise mittels einer Hilfselektrode, der in jeder zweiten Halbwelle ein Spannungsstoß zugeführt wird, der die Zündung der Röhre bewirkt. Ein solcher Spannungsstoß wird beispielsweise mittels eines Induktors erzeugt, dessen Primärwicklung über einen kleinen Gleichrichter, etwa einen Trockengleichrichter, gespeist wird.The new rectifier tube is controlled in a manner known per se Way by means of an auxiliary electrode, the voltage surge in every second half-wave which causes the ignition of the tube. Such a voltage surge will generated for example by means of an inductor, the primary winding of which has a small rectifier, such as a dry rectifier, is fed.

Auf der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel eine nach der Erfindung ausgebildete Gleichrichterröhre für eine Anschlußspannung von 30 000 Volt in natürlicher Größe dargestellt.In the drawing, a rectifier tube designed according to the invention for a connection voltage of 30,000 volts is shown in natural size as an exemplary embodiment.

Die Entladungsröhre i besteht aus Quarzglas und enthält zwei blockförmige Elektroden 2, 3, deren Stromzuführung .4 mittels Nlolybdänfolien 5 in Stutzen 6 des Entladungsgefäßes vakuumdicht eingeschmolzen ist. Die Molybdänfolien 5 sind zur Erhöhung ihrer Strombelastbarkeit bzw. zur Verkleinerung ihrer Abmessungen stellenweise mit Verstärkungen 7 versehen. In den seitlichen Stutzen $ des Entladungsgefäßes ist mittels der Molybdänfolie 9 die Stromzuführung der Hilfselektrode io eingeschmolzen, die über eine nicht dargestellte Hilfseinrichtung in jeder zweiten Halbwelle einen Spannungsstoß erhält und auf diese Weise die Gleichrichterröhre steuert.The discharge tube i is made of quartz glass and contains two block-shaped ones Electrodes 2, 3, their power supply .4 by means of Nlolybdenfolienfolien 5 in nozzle 6 of the discharge vessel is melted in a vacuum-tight manner. The molybdenum foils 5 are to increase their current carrying capacity or to reduce their dimensions in places provided with reinforcements 7. In the side socket $ of the discharge tube the power supply to the auxiliary electrode is melted down by means of the molybdenum foil 9, the one via an auxiliary device, not shown, in every second half-wave Receives voltage surge and in this way controls the rectifier tube.

Die beiden etwa 15 mm voneinander entfernten Elektroden 2, 3 bestehen aus gesinterten Wolframkörpern. In die Spitze. der etwas kleiner ausgebildeten. Kathode 3 ist zur Erhöhung der Elektronenemission ein gesintertes Wolframstäbchen eingesetzt, das etwas Thoriumoxyd enthält.The two electrodes 2, 3, which are approximately 15 mm apart, are made from sintered Tungsten bodies. In the top. which is a little smaller trained. Cathode 3 is a sintered one to increase electron emission Tungsten rod inserted, which contains some thorium oxide.

Die unter einem Betriebsdruck von etwa a5 Atmosphären stehende Füllung des Entladungsgefäßes i besteht aus Krypton, das 3.% Stickstoff enthält. Es hat sich nämlich gezeigt, daß für die Füllung zweckmäßig Edelgase benutzt werden, denen i bis io% Stickstoff oder Wasserstoff zugesetzt sind. Derartige Zusätze steigern die Sperrspannung erheblich, ohne daß sich die Verlustspannung der Röhre in merklichem Maße ändert.The filling under an operating pressure of about a5 atmospheres of the discharge vessel i consists of krypton, which contains 3% nitrogen. It has namely it has been shown that noble gases are used appropriately for the filling, which i to io% nitrogen or hydrogen are added. Increase such additives the reverse voltage considerably, without the loss of voltage in the tube being noticeable Dimensions changes.

Die dargestellte Gleichrichterröhre kann mit Stromstärken von vielen Ampere, beispielsweise mit- 5 Ampere, betrieben werden, wobei nur ein Eigenverbrauch von etwa 75 Watt auftritt. Trotz der hohen Anschlußspannung von 30 ooo Volt beträgt der größte Durchmesser des Entladungsgefäßes nur etwa 4,5 cm.The shown rectifier tube can handle currents of many Amps, for example with -5 amps, are operated, with only one self-consumption of about 75 watts occurs. Despite the high connection voltage of 30,000 volts the largest diameter of the discharge vessel is only about 4.5 cm.

Um in Sonderfällen besonders kleine Röhrenabmessungen zu erhalten, kann die Röhre mit eÄner geeigneten Kühlvorrichtung, insbesondere mit einer Ölkühlung, versehen sein. Bei sehr hohen Spannungen und kleinen Röhrenabmessungen lassen sich äußere Gleitentladungen durch an sich bekannte Mittel vermeiden, z. B. indem man die Röhre in einem Hochdruckgasgefäß unterbringt.In order to obtain particularly small tube dimensions in special cases, the tube can be cooled with a suitable cooling device, in particular with oil cooling, be provided. With very high voltages and small tube dimensions, Avoid external sliding discharges by means known per se, e.g. B. by houses the tube in a high pressure gas vessel.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Electric rectifier tube, especially for high voltages, in which the rectifier effect is brought about by means of a controlled auxiliary electrode and the filling consists of permanent gases, characterized in that the permanent gas filling of the corresponding pressure-resistant discharge tube is more than 4 atmospheres, preferably more than a0 atmospheres .

2. rectifier tube according to claim i, characterized in that the gas filling preferably consisting of noble gases, in particular krypton or xenon Contains i to io% nitrogen or hydrogen.

3. Rectifier tube according to the claims i and 2, characterized in that at least the cathode is discharge-heated Glow electrode is formed.

4. rectifier tube according to claims i to 3, characterized in that the auxiliary electrode has a small series rectifier is controlled.