Anordnung zur Gleichrichtung hoher Wechselspannungen. Die Gleichrichtung hoher Wechselspan nungen erfolgte bisher durch Glühkathoden- gleichrichter, sowie durch rotierende oder pendelnde mechanische Gleichrichter. Auch durch Ausnutzung der grossen Unterschiede, die in der Überschlagspannung zwischen hlektroden mit stark unhomogenem, unsym metrischen Felde bei verschiedener Polarität bestehen, ist die Gleichrichtung versucht worden.
Für eine Gleichrichtung ist eine Schal tung nach Bild 1 bekannt geworden, in dem als Beispiel für ein Gleichrichterventil eine Funkenstrecke Spitze-Platte eingezeichnet ist. Der Transformator ist über diese Funken strecke mit einem Kondensator C verbunden. Bei allmählicher Spannungssteigerung wird die an Punkt a liegende Wechselspannung erst dann einen Überschlag nach Punkt b hervorbringen, wenn a positiv ist. Dadurch wird der Kondensator C aufgeladen, b wird positiv. Der Überschlag bei F besteht nur so lange, bis die Ladung des Kondensators C erfolgt ist. Nach dem Unterbrechen bei F bleibt b auf positiver Spannung.
Wenn a negativ wird, darf kein Überschlag von b nach a hin erfolgen, da dies eine Rückent ladung des Kondensators bedeuten würde.
Der Nachteil dieser Schaltung ist der, dass erst dann wieder ein Überschlag von a nach b hin erfolgt, wenn der Kondensator fast völlig entladen ist. Steigert man die Wechselspannung wesentlich über den Wert der zum Überschlag der Funkenstrecke bei positiver Spitze notwendig ist, so erfolgt leicht ein Überschlag der Spannung von b nach a hin, wenn a negativ ist. Das Gleich richterventil muss in dieser, wie in allen an dern bisher bekannten Schaltungen, in der Durchlassrichtung spätestens bei dem Schei telwert u, einer Halbwelle des Wechsel stromes ansprechen, es muss dagegen, wenn C aufgeladen ist, in der Absperrichtung die.
Spannung 2 X 24,n aushalten, ohne einen wesentlichen Strom durchzulassen. Die "Ab- sperrspannung" eines jeden Ventils muss des- halb bisher mehr als doppelt so gross sein, als die "Ansprechspannung", damit eine Rückzündung vermieden wird. Da viele Ven tile, wie zum Beispiel Funkenstrecken mit unhomogenem Felde, diese Forderung nicht mit genügender Sicherheit erfüllen, war ihre technische Verwendung nicht möglich.
Diese Schwierigkeit lässt sich mittelst mehrerer in Reihe geschalteter Ventile ver meiden, indem erfindungsgemäss die Verbin dungsleitungen je zweier in Reihe geschaIte- ter Ventile über hohe Widerstände an ge gebene Potentiale angeschlossen werden. Im einfachsten Falle werden es zwei in Reihe geschaltete Ventile sein. Zur Erläuterung dieser Massnahme diene beispielsweise Bild 2, auf dem sowohl die positive wie die negative Halbwelle eines einpolig geerdeten Transfor mators ausgenutzt wird.
Es sei zunächst nur die oben dargestellt,- Hälfte der Schal tung betrachtet. Fi Und F2 seien zwei in Reihe geschaltete Funkenstreoken Spitze- Platte, der Widerstand Ri verbindet das da zwischen liegende Leitungsstück mit der Erde.
An ai liegt die Wechselspannung, bi hat zunächst Erdpotential. 'Wenn die Span nung hoch genug gestiegen ist, tritt bei Fi ein Überschlag ein, wenn ai positiv ist. Da durch wird das Leitungsstück bis zu F2 hin positiv geladen.
Der Widerstand Ri muss so gross sein, dass kein wesentlicher Strom durch ihn zur Erde abfliesst. Da<B>ei</B> zunächst eben falls Erdpotential besitzt, tritt auch bei F2 (wenn diese Funkenstrecke auf denselben Abstand eingestellt. ist wie Fi) ein Über schlag ein und der Kondensator Ci wird auf geladen.
Wenn der Überschlag an Fi und F2 abreisst, so wird die auf dem Leitungs stück zwischen Fi und F2 sitzende elektrische Ladung durch den Widerstand Ri nach Erde abgeleitet. Diese Ableitung muss nach einer hundertstel Sekunde fast vollendet sein.
Dadurch wird erreicht, dass bei negativ ge wordenem ai an Fi nur der Spannungsunter schied zwischen negativem Scheitelwert und Erde und an F2 nur der Spannungsunter schied zwischen Erde und der positiven Gleichspannung herrscht, auf die Ci aufge- laden wurde. Der im ungünstigsten Augen blick, nämlich dann wenn ai sich im nega tiven Scheitelwert befindet, zwischen ai und <B>ei</B> vorliegende grosse Spannungsbetrag wird dementsprechend durch den Widerstand Ri in zwei gleiche Teile geteilt.
Es ist nicht mehr die Unannehmlichkeit vorhanden, dass die Funkenstrecke bei negativem ai die dop pelte Spannung vertragen muss ohne überzu schlagen. _ Die gleiche vorteilhafte Wirkung wie ein hoher ohmscher Widerstand ermöglicht auch eine entsprechend gewählte Induktivität oder eine Kombination aus Induktivität und ohmschem Widerstand, so dass .der Ansehluss der Verbindungsleitung von zwei in Reihe geschalteten Ventilen an Erdpotential auch mittelst eines solchen Scheinwiderstandes er folgen kann.
Der untere Teil der Schaltung Bild 2 mit den Funkenstrecken Fs und F4 lädt den Kon densator C2 in entsprechender We;se mit um gekehrter Polarität auf, so dass zwischen den Punkten ei und e2 im Höchstfalle die Spannung 2 X U X @ erzeugt werden kann, wenn U der Effektivwert der Trans formatorspannung ist.
Wenn eine grosse Gleichspannungsleistung gefordert wird, so ist es wertvoll, zu dem Transformator eine Kapazität parallel zu schalten. Dadurch werden zugleich die Span nungsabfälle in den Funkenstrecken Fi und F2 wesentlich verkleinert.
Wenn nötig, kann vor ei ein Widerstand oder eine Induktivität geschaltet werden. um die am Kondensator Ci auftretenden Spannungsänderungen abzuflachen.
In der Schaltung Bild 2 ist vor dem Punkt bi eine Drosselspule Li eingeschaltet. Diese Drosselspule wird im Bedarfsfalle aus folgendem Grunde wertvoll sein. An F2 tritt nur dann ein Überschlag ein, wenn bi ein wesentlich höheres Potential besitzt als ei. Die erzeugte Gleichspannung wird da durch stark schwanken.
Durch die Drossel spule Li oder durch eine vor bi oder Fi ge- schaltete lange Leitung ist es jedoch mög lich, die beim Überschlag von Fi in das Lei tungsstück hineinlaufende Wanderwelle bei bi fast auf ihren doppelten Wert zu reflek tieren und dadurch bei F2 auch dann einen Überschlag herbeizuführen, wenn ci kaum in seiner Spannung gesunken ist.
Das Reflektieren der Wanderwelle auf den doppelten Wert ist um so leichter mög lich, je steiler die Wanderwellenstirn ist. Es ist deshalb gegebenenfalls zweckmässiger, an Stelle einer Funkenstrecke Spitze-Platte bei Fi eine Funkenstrecke mit geringerem Ent- ladeverzug zu wählen. Wenn dadurch der Polaritätsunterschied dieser Funkenstrecke geringer wird, so ist das bei dieser Schaltung unwesentlich.
Es ist ferner in manchen Fäl len wertvoll, die Funkenstrecke Fi unter<B>01</B> oder unter Druckluft zu setzen oder auch eine kleine Kapazität zu ihr parallel zu schalten, damit der Überschlag so plötzlich wie möglich eintritt und damit der Span nungsabfall an der Funkenstrecke ver kleinert wird. Ähnliche Massnahmen sind oft auch bei F2 günstig.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn zur Vermeidung von Schwankungen eine Hilfs spannung benutzt wird, die bei F2 Gleit- funken oder sonstige elektrische Entladungen hervorruft. Als Beispiel hierfür ist im-Bild 3 auf die Plattenelektrode von F2 eine Platte P aus Isolierstoff aufgelegt, auf deren an derer Seite die Hilfselektrode H aufliegt. An dieser Hilfselektrode wird durch den Kon densator Cx jedesmal dann ein Spannungs stoss erzeugt, wenn Fi anspricht. Dadurch entstehen auf der Platte P Gleitfunken die zu dem oben befindlichen umgebogenen Rande der Plattenelektrode führen.
Dadurch wird auch ein Überschlag von der der Platte gegenüberstehenden Spitze aus eingeleitet. Nach dem Überschlag wird das Potential des Punktes d durch den Widerstand Ra auf den Wert des Potentials c gebracht, so dass bei dem nächsten Ansprechen von Fi d wieder die entsprechende Spannungserhöhung er fährt, An Stelle eines solchen Spannungs- stossen können hochfrequente Schwingungen oder höhere Wechselspannungen kleiner Lei stung, die über einen Widerstand der Hilfs elektrode zugeführt werden, zur Zündung von F2 benutzt werden.
Die Verwendung einer solchen höheren Wechselspannung kommt auch dann in Frage, wenn niedrige Wechselspannungen mit Hilfe einer Funken strecke mit Spitze und Platte umgeformt. werden sollen. Bei niedrigen Spannungen ist nämlich der Polaritätsunterschied in der Überschlagsspannung einer Funkenstrecke mit Spitze und Platte sehr gering, so dass nur unter Verwendung e;ner solchen Hilfsspan nung eine Umformung auf diesem Wege er möglicht wird. Als Hilfselektrode kommen auch Isolierrohre mit einem innen befind lichen Leiter oder ähnl=che Einrichtungen in Frage.
Die Funkenstrecke Fi oder F2 müs sen natürlich, wenn die Spannungshöhe ver ändert werden soll, getrennt voneinander ver stellbar sein.
Auch Mehrphasenstrom ist auf dem an gegebenen Wege gleichzurichten. Es werden dann für jede Phase zwei Funkenstrecken mit Spitze und Platte benötigt. Bei Crleich- richtung von Mehrphasenstrom werden auch bei Leistungsentnahme auf der Gleichspan nungsseite die Spannungsschwankungen ge ringer. Um Kurzschlüsse zwischen den ver schiedenen Phasen zu vermeiden, ist der E'n- bau von Drosselspulen zweckmässig. Diese werden in der Regel zwischen den zweiten Funkenstrecken und dem Gleichspannungs- kondensator einzubauen sein.
Auch durch diese Drosselspule wird die Spannungskurve verbessert.
In der gleichen Weise kann auch die Reihenschaltung zweier Glühventile oder zweier mechanischer Gleichrichter vorgenom men werden, die ohne die Erdung der Zwi schenverbindung über einen grossen Wider stand wegen der ungleichen Spannungsver teilung auf die beiden Gleichrichter nicht möglich ist. Nimmt man zum Beispiel eine solche Reihenschaltung von Glühventilen ohne dieses Hilfsmittel vor, so zeigen sich an dem, dem Transformator zunächst. liegen- den Ventil so starke Glimmentladungen, dass die Spannung über die mit einem einzelnen Glühventil abzudrosselnde Spannung hinaus kaum gesteigert werden kann.
Schaltet man mehr als zwei Funken strecken in Reihe, wie es besonders für die Gleichrichtung sehr hoher Spannungen in Frage kommt, so werden gemäss der Erfin dung die Verbindungsleitungen je zweier in Reihe geschalteter Ventile über hohe Wider stände an gegebene Potentiale angeschlossen. Vorzugsweise werden diese Potentiale mit- telst eines Spannungsteilers von der gleich gerichteten Spannung abgeleitet. Es ist zweckmässig, einen Punkt der Gesamtanlage, wie es bei zwei in Reihe geschalteten Ven tilen in Fig. 2 dargestellt ist, zu erden. Da durch erhält man bekanntlich wohldefinierte Erdkapazitäten.
Ein Ausführungsbeispiel für mehrere in Reihe geschaltete Ventile zeigt Bild 4. Nach dieser Schaltung kann eine Gleichspannung von 1 Million Volt bei äusserst geringen Spannungsschwankungen erzeugt werden. Die Funkenstrecken Fi, F2 und F3 müssen bei jeder positiven Span nungswelle ansprechen,
wenn F2 auf die halbe Überschlagsspannung von Fi und F3 auf die halbe Überschlagsspannung von F2 einge stellt ist. Durch die eingezeichneten Wider stände R wird die Spannungsverteilung auf den Verbindungsleitungen in den Zeiten, in denen die Funkenstrecken nicht arbeiten, festgelegt. Dadurch wird e@n Rückschlag der Gleichspannung auch bei negativem Höchst wert der Wechselspannungsquelle verhindert.
An letzter Stelle ist in Bild 4 ein Ventilator eingebaut. Der lässt praktisch sofort den Strom durch, wenn das Potential an der kal ten Elektrode höher ist als .am Glühfaden. In manchen Fällen kann aus diesem Grunde der kombinierte Einbau von Funkenstrecken mit Spitze und Platte und Ventilröhren oder andern Gleichrichtern zweckmässig sein. An Stelle des Ventilrohres kann in B;ld 4 auch eine weitere Funkenstrecke gegebenenfalls mit Hilfselektrode, benutzt werden.
An Stelle der in Bild 4 dargestellten Weehselspannungsquelle kann auch eine An- laxe, die Spannungsstösse erzeugt, verwendet werden.
Dieselben Schaltungen können benutzt werden, um eine Gleichspannung in eine Wechselspannung umzuformen. Das An sprechen der Funkenstrecke muss dann im Takte der erwünschten Wechselspannung durch eine Hilfsspannung gesteuert werden, oder die Verbindungsleitung zwischen den verschiedenen Funkenstrecken muss über Widerstände an eine Wechselspannungs- quelle angeschlossen werden. Diese Wechsel spannungshilfsquelle braucht nur eine sehr geringe Leistung zu besitzen.
Wenn bei grossen Gleichspannungs- leästungen die Lichtbögen an den Funken strecken nicht von selbst wieder abreissen, so kann durch Vorschalten von Löschfunken- strecken, sowie durch Anblasen oder Kühlen der Funkenstrecken Abhilfe getroffen wer den. Zum Anblasen kann ein Gas verwen det werben, das zur Kühlung besonders zweckmässig ist und das ein Oxydieren der Elektroden verhindert. Dieses Gas kann rückgekühlt werden. Bei grossen Leistungen kann ferner die Verwendung besonders ge kühlter Elektroden oder die Verwendung von Flüssigkeitselektroden von Vorteil sein.
Die beschriebene Erfindung bedeutet da durch einen wesentlichen Vorteil, dass die Erzeugung von hohen Gleichspannungen sehr viel einfacher und billiger wird als bis her, da in dieser Schaltung Funkenstrecken mit unhomogenem Felde in Luft zur Gleich richtung benutzt werden können. Diese be sitzen keine bewegten Teile und keine Teile mit geringer Lebensdauer. Es können mit ihnen extrem hohe Gleichspannungen bei grosser Stromstärke ohne Schwierigkeiten er zeugt werden.