Vorrichtung zur Unterbrechung eines elektrischen Stromes hoher Spannung und gro & er Leistung mittels mindestens einer gas- oder dampfgefüllten, mit einer Löschvorrichtung versehenen Entladungsröhre. Es ist bekannt, dass die Schwierigkeiten, auf die man beim Unterbrechen eines elektri schen Stromes mittels einer gas- oder dampf gefüllten löschbaren Entladungsröhre in bezug auf die Löschung stösst, in dem Mass zuneh men, wie die nach der Löschung an der Röhre auftretenden Spannung höher ist.
Dies ist dem Umstand zuzuschreiben, dass infolge der blei benden Restionisation die Möglichkeit erneuter Zündung der Röhre oder der Entstehung einer Glimmentladung, der zwei Hauptur sachen der Löschstörungen, mit wachsender Spannung grösser ist. Dies gilt sowohl für Röhren mit Löschung auf dem Gitter als auch für Röhren, die mittels eines Spannungsstosses auf der Anode und gegebenenfalls auch auf einer Hilfsanode gelöscht werden.
In praktisch vorkommenden Fällen, z. B. bei Gleiehstrom-Energieübertragung bei hoher Spannung und grosser Leistung, bei der am Ende der Leitung diese Energie in Wechsel- stromenergie von n-mal niedrigerer Spannung umgewandelt werden muss, handelt es sich um Spannungen von einigen zehn bis hundert Kilovolt und mehr und um Ströme von einigen Ampere bis einige zehn Ampere.
Die Erfindung bezweckt, die vorerwähnten Nachteile in bezug auf die Löschung zu besei tigen.
In der erfindungsgemässen Vorrichtung ist dazu parallel zur Entladungsröhre eine steuer- bare Hochvakuumröhre geschaltet, die vor und während des Löschens der Entladungsröhre leitend ist, und die vom Augenblick des Lö schens an während einer Zeit, von ä . 10--4 bis 10-6 Sek. praktisch den ganzen Strom der Ent ladungsröhre bei einer derart niedrigen An odenspannung übernimmt, dass Wiederzündung der Entladungsröhre durch Restionisation nicht eintreten kann.
In der beiliegenden Zeichnung ist ein Aus führungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt, und zwar zeigt: Fig. 1 eine Schaltung einer Vorrichtung bei der die Entladungsröhre in Reihe mit einer Belastung an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen ist und Fig. 2 die Spannung an der Entladungs- und der IIochvakuumröhre während des Be triebes als Funktion der Zeit.
In Fig. 1 sind mit 1 die Klemmen einer Gleiehspannungsquelle von etwa einigen zehn Kilovolts dargestellt, an die in Reihe eine Be lastung 2, z. B. die Primärwicklung eines Hochspannungstransformators, und eine Ent- ladangsröhre 3 mit Quecksilberkathode 4 und Anode 5 angeschlossen sind. Der Strom soll periodisch unterbrochen und wieder einge schaltet werden, um auf der Sekundärseite des Transformators einen Wechselstrom von nie-, driger Spannung zu erhalten.
Die Röhre ist mit einer Zündelektrode 6 ausgestattet, wofür in diesem Fall ein dauernd in das Kathoden- quecksilber eingetauchter Halbleiter gewählt ist.
Parallel zur Röhre 3 liegt eine Hoch vakuumtriode 7, mit einer Glühkathode 8, einem Gitter 9 und einer Anode 10. Ebenfalls parallel zur Röhre 3 ist eine Vor richtung zum Löschen dieser Röhre geschaltet, die im gewählten Beispiel aus der Reihenschal tung eines an eine Gleichspannungsquelle 11 angeschlossenen Löschkondensators 12, einer gas- oder dampfgefüllten Röhre 13 und eines kleineren, mittels eines Widerstandes über brückten Kondensators 14 besteht.
Die Röhre 13 ist mit einer Anode 15 und einer Queck silberkathode 16 versehen und kann ebenso -wie die Röhre 3 mittels einer in das Quecksilber eingetauchten, aus einem Halbleiter bestehen den Hilfsanode 17 durch einen Spannungsun- puls zur Zündung gebracht werden.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Schaltung ist folgende, wobei von dem Zu stand ausgegangen wird, in. dem die Röhre 3 durch einen Spannungsimpuls an ihrer Zünd elektrode 6 leitend gemacht worden ist, die Röhre 7 durch eine negative Spannung auf dem Gitter gesperrt gehalten wird und die Löschvorrichtung 12, 13, 14 ausser Tätigkeit ist.. Die Spannung auf den beiden Röhren 3 und 7 entspricht in diesem Fall der Bogen spannung der Röhre 3, das heisst etwa 20 bis 30 Volt.
Kurz vor dem Augenblick, in dem der durch die Belastung 2 fliessende Strom durch Löschen der Entladung in der Röhre 3 unter brochen werden muss, wird die Spannung am Gitter 9 der Röhre 7 weniger negativ, gege benenfalls positiv gemacht, derart, dass die Röhre leitend wird und imstande ist, bei einer Anodenspannung von z. B. 500 bis 1000 Volt praktisch den vollen Belastungsstrom der Röhre kurze Zeit zu übernehmen.
Solange die Röhre 3 aber noch nicht gelöscht worden ist und die Anodenspannung der Röhre 7 somit immer noch der Brennspannung der Röhre 3 entspricht, wird der weitaus grösste Teil des Belastungsstromes diese Röhre durchfliessen.
Dann wird die Entladung in der Röhre 3 gelöscht, was dadurch erfolgt, dass mittels der Zündelektrode 17 die Röhre 13 gezündet wird. Der vorher mittels einer an den Klemmen 11 angeschlossenen Gleichspanniingsquelle von z:
B. 200 bis 400 Volt aufgeladene Löschkon- densator 12, dessen positive Seite mit der Röhre 3 verbunden ist, entlädt sich dann über die Röhre 13 und den nur allmählich seine Spannung ändernden Kondensator 14 über die Röhre 3, wodurch das Potential der Anode 5 kurze Zeit gegenüber der Kathode derart her abgesetzt oder sogar negativ gemacht wird, dass die Entladung gelöscht wird.
Weil aber die vorher leitend gemachte Röhre 7 parallel zur Röhre 3 geschaltet ist, kehrt in. dem Zustand verringerter Durch schlagssicherheit der Röhre 3 (infolge der vorhandenen Restionisation) die volle Netz- spannung nicht unmittelbar auf diese Röhre 3 zurück,
sondern es wird die Röhre 3 zunächst der viel geringeren Anodenspannung der Röhre 7 von etwa 500 bis 1000 Volt ausge setzt.
Bei dieser Spannung ist, trotz der nach der Löschung in der Röhre 3 noch vorhan denen Restionisation, eine Wiederzündung oder sonstige Störung im Zustand der Röhre nicht zu befürchten. Erst nachdem die Ent- ionisation hinreichend fortgeschritten ist, wozu eine Zeit von<B>5.</B> 10-4 bis 10-6 Sek. erforderlich ist, und die Röhre 3 ihre volle Spannungs sicherheit wieder erhalten hat, wird der Stromdurchgang durch die Röhre 7 gesperrt, indem deren.
Gitter wieder stark negativ ge macht wird, so dass die volle Netzspannung auf die Röhren 3 und 7 zurückkehrt. Der Kon densator 14 dient dazu, im Parallelzweig diese Spannung zum grössten Teil aufzunehmen, so dass nur ein Bruchteil davon auf dem Kon- densator-\12 zu stehen kommt.
Den an die Hochvakuumröhre zu stellen den Anforderungen kann beim heutigen Stande der Technik für einen ausgiebigen Bereich von Spannungen und Strömen ent sprochen werden. Es ist nicht erforderlich, eine Hochvaluumröhre mit Gittersteuerung zu verwenden. Brauchbar ist ebenfalls eine Röhre mit magnetischer Steuerung, die den Vorteil hat, dass die Gitterverluste erspart werden und die Steuerenergie beträchtlich geringer ist.
In Fig. 2 ist der Spannungsverlauf der Röhren 3 und 7 als eine Funktion der Zeit schematisch (nicht etwa massstäblich) darge stellt. Mit t1 ist die Zeit bezeichnet, während der die Röhre 3 und kurz vor dem Ende dieser Zeitspanne auch die Röhre 7 leitend ist, so dass die Spannung El (etwa 20 bis 30 Volt) auf den Röhren 3 und 7 der Brennspannung der Röhre 3 entspricht. Am Ende der Zeit t, erfolgt die Zündung der Röhre 13 und damit der Spannungsstoss der die Löschung der Röhre 3 bewirkt.
Während der Zeit tz ent spricht die Spannung EZ (etwa 500 bis 1000 Volt) an der gelöschten Röhre 3 der Anoden spannung der Röhre 7. Die Zeit t. dauert 5.1(f-9 bis 10-6 Sek., was zur Folge hat, dass die Restionisation in der Röhre 3 praktisch verschwindet.
Die Röhre 7 wird nun gesperrt, so dass während der darauffolgenden Zeit dauer t3 die volle Netzspannung E3 (einige zehn bis einige hundert Kilovolt) auf die Röhren zurückkehrt, die Röhre 3 bleibt strom los, bis sie am Ende der Zeit t3 durch einen Spannungsimpuls an der Steuerelektrode 6 wieder gezündet wird. Um den Steuerelektro den 6, 9, 17 die notwendigen scharfen Steuer impulse im richtigen Moment zuzuführen, wer den z. B. an Phasenschieber angeschlossene, stark gesättigte Transformatoren in an sich bekannter Weise verwendet. Dieser Teil der Vorrichtung ist der Einfachheit halber nicht mit dargestellt. Selbstverständlich muss die Primärspannung dieser Steuertransformato ren im Einklang mit der Frequenz der zu erzeugenden Wechselspannung stehen.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist nicht auf die periodische Unterbrechung von Gleichstrom beschränkt.
Es ist auch möglich, die Vorrichtung so auszugestalten, dass sie zum Ein- und Aus- schalten von Wechselströmen (entweder perio disch oder nicht), geeignet ist, wobei die Aus schaltung in einem beliebigen Augenblick in nerhalb einer halben Periode stattfinden kann. In diesem Fall werden häufig zwei antipar- allelgeschaltete Röhren 3 bzw. 7 verwendet, um die beiden Hälften der Periode des ein- und auszuschaltenden Wechselstromes durch lassen zu können. Der Steuerimpuls, der das Gitter 7 während einer Zeit von<B>5.</B> 10-9 bis 10--6 Sek.
leitend macht, kann auch durch eine Kondensatoraufladung oder -entladung be wirkt werden, die auf irgendeine an sieh be kannte Weise automatisch erfolgt, wenn die Zündspannung auf die Elektrode 17 der Röhre<B>1.3</B> gegeben wird.
Der in Fig. 1 vorgesehene überbrückungs- widerstand des Kondensators 14 ist notwendig, um rasch aufeinanderfolgende Löschungen der Entladungsröhre zu ermöglichen. Nenn die Löschungen nicht rasch aufeinander folgen müssen, kann der Überbrückungswiderstand wegfallen, da dann die langsame Entladung durch das Dielektrikum genügt.