Elektrische Anlage zum Gleichrichten von Wechselstrom. Die Erfindung betrifft eine elektrische Anlage zum Gleichrichten von Wechsel strom, die sich besonders zum Gebrauch für .gehr hohe Spannungen eignet und eine mit einer Glühkathode versehene Entladungs röhre enthält, welche mit einer Bogenentla dung arbeitet.
Werden zum Gleichrichten von Strömen bei einer Spannung bis zu mehreren zehn tausend Volt Glühkathodenentladungsröhreu benutzt, so weisen diese meist ein so hohes Vakuum auf, dass der Entladungsstrom der Röhre ein reiner Elektronenstrom ist, und dass keine Tonisierung auftritt. Die Stärke des Stromes, den eine derartige Entladungs röhre durchlassen kann, ist nur gering und diese Röhren veranlassen einen grossen Span nungsverlust und ergeben daher einen Sehlechten Wirkungsgrad.
Mit Gasionisierung arbeitende Entladungs röhren sind in dieser Hinsicht vorteilhafter, da sie imstande sind, sehr grosse Stromstär ken durchzulassen und mit geringem Span- nungsverlust arbeiten. Solche Röhren eig nen sich jedoch im allgemeinen nicht zum Be trieb mit sehr hohen Spannungen, zum Bei spiel mit Spannungen von etwa 10000 Volt. Es ist nämlich erforderlich, dass der Gas druck um so niedriger ist, je höher die Span nung ist, für welche die Röhren benutzt wer den.
Ein niedriger Gasdruck veranlasst je doch eine rasche Zerstäubung der Glüh- kathode und folglich eine geringe Lebens dauer der Röhre, und überdies wird durch Verringerung des Gasdruckes, die bei solchen niedrigen Drucken von grossem Einfluss ist, ein Gebrauch von langer Dauer unmöglich gemacht. Aus diesem Grunde ging man bis her über 1000 Volt nur ungern zum Ge brauch von gasgefüllten Gleichrichtern über.
In der Anlage gemäss der Erfindung sind die genannten Übelstände alle beseitigt. Die Anlage enthält eine Entladungsvorrichtung, in der sich die Glühkathode und mindestens eine Anode in besonderen, miteinander in Verbindung stehenden Räumen befinden, wo- bei erfindungsgemäss in dem Raum, in dem die Glühkathode angeordnet ist, ein Druck unterhalten wird, der höher ist als der Druck in dem Raum, in dem sich die Anode bezw. Anoden befinden. Es kann erwünscht sein, dass die Verbindung zwischen den erwähnten besonderen Räumen durch einen Kanal mit grossem Durchströmungswiderstand herge stellt wird.
Der Druckunterschied in den verschie denen Elektrodenräumen kann dadurch her beigeführt werden, dass im Kathodenraum oder in einem mit diesem verbundenen Gefäss ein Stoff zur Verdampfung gebracht wird, der sich in dem gegebenenfalls künstlich ge kühlten Anodenraum kondensiert. Dieser Stoff besteht zweckmässig aus Quecksilber. Die Abmessungen der Entladungsvorrichtung können so klein gewählt werden, dass durch die Entladung selbst genügend Wärme für die Verdampfung entwickelt wird. Das An steigen der Temperatur kann dabei ge gebenenfalls mittelst einer Kühlvorrichtung beschränkt werden.
Es ist jedoch vorteilhaft, der Vorrichtung grössere Abmessungen zu geben und die Verdampfung mit Hilfe einer besonderen Heizvorrichtung, zum Beispiel einer elektrischen Heizvorrichtung erfolgen zu lassen. Diese Vorrichtung kann innerhalb, sowie ausserhalb des entlüfteten Raumes liegen.
Um das Kondensieren des Dampfes im Anodenraum herbeizuführen oder zu fördern, kann in der Anlage gemäss der Erfindung eine Vorrichtung vorhanden sein, mittelst deren ein Luftstrom längs des Anodenraumes geführt wird.
Das kondensierte Quecksilber kann von neuem zur Verdampfung im Kathodenraum benutzt werden. Zu diesem Zweck kann die Einrichtung derart sein, dass das in den käl teren Teilen kondensierte Quecksilber Ge legenheit hat, von dort in den Verdampfungs- raum zurückzufliessen.. Das Zurückfliessen kann durch die Kanäle stattfinden, die auch für die Entladung angewiesen sind. Es kön nen aber auch besondere Röhrchen vorge- sehen sein, die für das Zurückfliessen des Quecksilbers dienen.
Der Dampf, der in der Entladungsvor richtung bei der Anlage gemäss der Erfin dung gebildet wird, reicht gewöhnlich dazu hin, die Entladung zu tragen. Die Ent ladungsvorrichtung kann also praktisch frei von andern Gasen sein. Zwecks Erzielung eines ruhigen Betriebes können auf der Wand der Vorrichtung leitende Teile vorgesehen sein, die mit den Anoden elektrisch verbun den sind und sich nach dem Kathodenraum hin erstrecken, wie in dem Patent Nr. 136171 beschrieben ist. Diese Teile können aus Me talldrähten, zum Beispiel aus Nickel, beste hen, die um den zum Kathodenraum führen den Kanal gewunden sind.
Zwischen dem Anodenraum oder den Anodenräumen und dem Raum, in dem sich die Kathode befindet, kann ausserhalb der Entladungsröhre ein Schirm angeordnet sein, der dazu dient, Wärmeübertragung zwischen diesen Räumen zu verhindern. Sind mehrere Anodenkammern vorhanden, so können sie den von einer Schirmwand umgebenen Ka- tljodenraum umgeben.
Die Zeichnung veranschaulicht schema tisch eine elektrische Anlage gemäss der Er findung als Beispiel.
In der Zeichnung bedeutet 1 eine elek trische Entladungsvorrichtung, die aus meh reren, miteinander verbundenen Räumen be steht. Im Raum 2 befindet sich eine Glüh- lza.thode 3, die zweckmässig eine xydkathode ist. In einem zweiten Raum 4 ist eine Anode 5 angeordnet. Als Material für diese Anode eignet sich (xraphit besonders gut. Ausser dem in der Zeichnung sichtbaren Anoden raum können mehrere solche Räume vorhan den sein, von denen jeder eine Anode enthält, so dass es möglich ist, zwei-, drei- oder mehr- phasige Wechselströme gleichzurichten.
Der Anodenraum 4 ist mit dem Kathodenraum mittelst eines Kanals 6 verbunden, der nacb dem Kathodenraum hin abwärts läuft. Soll die Entladungsvorrichtung zum Gleichrich ten eines mehrphasigen Wechselstromes die nen, so ist es von Wichtigkeit, däss die Län- gen der Kanäle fair die Entladung, welche die Kammern mit dem Kathodenraum ver binden, 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 mehrphasigen Wicklung darstellt, der nega tive Pol der Anlage ist. Der positive Pol wird durch die Mitte einer Hilfswicklung 8 frebildet, die den Heizstrom für die Glüh Tathode liefert. Die primäre Transformator- wieklung ist in der Zeichnung nicht dar gestellt.
Mit dem Kathodenraum 2 steht ein Ge fäss 9 in offener Verbindung, in dem sich eine Menge flüssigen Quecksilbers befindet. Dieses Gefäss ist von einem elektrischen Heizelement 10 umgeben, mittelst dessen das Quecksilber erhitzt wird, wodurch sich der Raum 2 mit Quecksilberdampf eines solchen Druckes füllt, dass beim Betrieb keine störende Zerstäubung der Glüh kathode auftritt. Die Entladungsvorrichtung ist sehr hoch entlüftet, so dass ausser Queck silberdampf praktisch kein anderes Gas vor lianden ist.
Unter dem Anodenraum 4 ist ein Ven tilator 11 angeordnet., der, von einem elek trischen Motor 12 angetrieben, längs der Röhrenwand zwecks Abkühlung des Anoden raumes einen Luftstrom führt. Es wird da durch befördert, dass sich Quecksilberdampf in diesem Raum kondensiert und, wie in der Zeichnung dargestellt ist, auf der Wand in Tropfen niederschlägt, die sich zu grösseren nfengen vereinigen und durch das nach dem Kathodenraum hin abwärts laufende Röhr chen 6 abfliessen, so dass das Quecksilber wie der in das Gefäss 9 gelangt.
Es findet also eine fortwährende Zirkulation von Quecksil ber statt, das aus dem Gefäss 9 verdampft wird, sich in den Anodenkammern konden siert und als Flüssigkeit wieder von dort in clas Gefäss 9 zurückkehrt. Der Druck des Quecksilberdampfes im Anodenraum ist in folge der Abkühlung sehr niedrig und be- trägt nur einen Bruchteil eines Millimeters Quecksilbersäule. Das Quecksilber im Gefäss 9 hingegen wird auf eine Temperatur erhitzt, die den Dampfdruck im Raum 2 bis zu eini gen Millimetern ansteigen lässt. Geeignete Temperaturen liegen zwischen etwa 110 und <B>150</B> C.
Hinsichtlich des sich von der Anode zum Kathodenraum erstreckenden Teils der Ent ladungsbahn hat die Gleichrichtervorrich- tung 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 un bedenklich 10 kV und mehr betragen.
In dem die Glühkathode umgebenden Raum herrscht dagegen ein Druck, wie er in gasgefüllten Gleichrichtern für niedrige Spannungen vorkommt. Dank diesem hohen Druck haben positive Ionen, die auf die Glühkathode auftreffen, nur eine geringe Ge schwindigkeit, was hinsichtlich der Zerstäu- bung der Glühkathode ein sehr günstiger Umstand ist. Eine längere Lebensdauer ist dadurch gesichert. Der hohe Druck wirkt überdies günstig in bezug auf den Span nungsverlust an der Glühkathode. Mittelst 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 an gelegt werden kann, wodurch eine Hilfsent ladung herbeigeführt wird, die das Entstehen der Hauptentladung erleichtert. Es kann zu diesem Zweck zweckmässig eine Gleichstrom quelle verwendet werden. In der Zeichnung ist ein besonderer Gleichrichter 14 darge stellt, der, auf die Kathode 3 bezogen, eine positive Spannung an die Hilfselektrode 13 liefert, die durch Gleichrichtung der beiden Halbwellen eines Wechselstromes entstanden ist. Die Primärwicklung des Transformators, von dem dieser Gleichrichter gespeist wird, ist nicht dargestellt.
Die Wicklung 15, die über die Widerstände 16 mit den Anoden 17 verbunden ist und deren Mitte mit der Mitte der Wicklung 8 in Verbindung steht, kann gewünschtenfalls auf dem Haupttransforma tor angeordnet sein. Die Glühkathode 18 des Hilfsgleichrichters wird von der Hilfswick lung 19 gespeist, deren Mitte mit der Hilfs elektrode 13 verbunden ist.
Ein Schirm 20, der aus Metall oder besser noch aus einem die Wärme schlecht leiten den Stoff besteht, wie Asbest oder derglei chen, befindet sich zwischen den Anoden räumen und dem Kathodenraum und dient dazu, Wärmeübertragung zwischen diesen Räumen zu verhindern. Um unerwünschten Erscheinungen im Falle einer Störung in der Abkühlung der Anodenkammern oder in der Erhitzung des Quecksilbers vorzubeugen, können Schutzvorrichtungen vorgesehen sein, die zum Beispiel auf die Temperatur oder auf den Druck der vom Ventilator zugeführ- teii Kühlluft reagieren und die Relais be tätigen, welche die Stromzufuhr zur Gleich- riehtervorrichtung ausschalten.