Quecksilberdampfgleichrichter
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Einordnung: Elektrische Bauelemente
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Ãœber
Ein Quecksilberdampfgleichrichter ist ein (veralteter) Leistungsgleichrichter für elektrischen Strom, der Wechselstrom oder Drehstrom in Gleichstrom umwandelt. Quecksilberdampfgleichrichter gibt es sowohl in ungesteuerter Ausführung für die Stromversorgung mit Gleichstrom betriebener Bahnen, wie Straßenbahnen, als auch in gesteuerter Ausführung für Phasenanschnittssteuerungen (zum Beispiel in Lokomotiven für Einphasenwechselstrom mit 50 Hertz) oder Stromrichter.
Einsatz
Quecksilberdampfgleichrichter wurden bis 1960 weit verwendet für die Erzeugung von Gleichstrom höherer Spannung (zum Beispiel die Energieversorgung von Straßenbahnen oder S-Bahnen) oder für Phasenanschnittssteuerungen (zum Beispiel für die Spannungsversorgung der Endstufen von Großsendern) oder auch für Stromrichter. Seit 1960 werden sie zunehmend von Siliziumgleichrichtern und Thyristoren abgelöst. Die letzte Domäne der Quecksilberdampfgleichrichter war die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung bis 1975.
Aufbau
Ein Quecksilberdampfgleichrichter besteht aus einem Glaskolben in dem unten als Kathode ein Quecksilbersee steht. Darüber wölbt sich ein Glaskolben, der das durch den Betrieb verdampfende Quecksilber wieder kondensiert. Unten knapp über dem Quecksilbersee sind Heizelektroden angebracht. Sie verdampfen etwas Quecksilber und machen den Gleichrichter startbereit. Seitlich sind wie Arme Glaskolben mit Graphitelektroden als Anoden angeschmolzen. Deren Anzahl richtet sich nach dem Einsatzzweck. Soll Gleichstrom aus Wechselstrom erzeugt werden, so kommen ein oder zwei "Arme" zum Einsatz. Bei Drehstrom kommen drei oder sechs zum Einsatz. Sechs "Arme" = Anoden wurden Eingesetzt um die Rippeligkeit der resultierenden Spannung zu reduzieren. Dabei wurden die gleichen drei Phasen mittels großer Spulen um 60° phasenverschoben. Je nach Leistung wird statt des Glaskolbens auch ein Gehäuse aus Metall eingesetzt.
Funktionsweise
Prinzip
Das Prinzip des Quecksilberdapfgleichrichter basiert auf der sog. Passivierung von Metallen. Unter Passivierung versteht man das Bilden einer Schutzschicht (z.B. Oxidation). Nebenbei verringert sich dabei die Neigung Elektronen abzugaben. Man macht sich nun zunutze, dass die passivierten Anoden gegenüber dem Quecksilber, insbesondere dem verdampften, wesentlich schlechter Elektronen abgeben. Dadurch fließt vornhemlich der Strom vom Quecksilbersee zu den Anoden in den Glasarmen und nicht umgekehrt.
Startvorgang
Ein Quecksilberdampfgleichrichter muss ähnlich einer Leuchtstofflampe gestartet werden. Dies geschieht durch eine oder mehrere Heizelektroden knapp über dem Quecksilbersee. Sie verdampfen das Quecksilber bis sein Dampf den Glaskolben bis in die Arme der Anoden erfüllt. Nun ist er Startbereit. Sobald der Gleichrichter läuft erzeugt er genug Hitze um nicht auszugehen. Die Heizelektroden werden dann nicht mehr gebraucht.
Lauf
Durch die fortwährenden Entladungen im Inneren des Glaskolbens entsteht Wärme, die dafür sogt, dass das Quecksilber fortwährend verdampft. Verdampftes Quecksilber schlägt sich an dem Glasdom nieder, kondensiert und fließt in den See zurück. Es herrscht also eine leicht ionisierbare Quecksilberatmosphäre. Durch einen angeschlossenen Gleichstromverbraucher entsteht an der Kathode (Quecksilbersee) ein Elektronendruck / Elektronenüberschuß. Die Elektronen ionisieren die Quecksilberatmosphäre und wandern zu der Anode, die gerade positiv geladen ist. Dabei emmittieren die Quecksilberatome ein bläuliches Licht. In die Gegenrichtung und zwischen den Anoden fließt kaum Strom, da sie durch ihre Passivierung wenig geneigt sind Elektronen abzugeben, wogegen sie aus dem Quecksilbersee geradezu sprudeln.
Bei steuerbaren Quecksilberdampfgleichrichtern ist zur Erzielung einer Entladung eine positive Spannung an der Steuerelektrode, die als Gitter bezeichnet wird, nötig. Nach der Zündung kann der Stromfluß durch den Quecksilberdampfgleichrichter nicht mehr mit Hilfe des Gitters kontrolliert werden.
Besonderheit
Durch die elektrische Anregung des Quecksilbers und seiner Eigenschaft sichtbares Licht zu emitieren leuchtet und blinkt ein laufender Quecksilberdampfgleichrichter in hellblauem Licht (siehe Leuchtstoffröhre). Dabei kann man an der Oberfläche des Quecksilbersees einen wandernden leuchtenden Fleck beobchten. An der Stelle dieses Flecks tritt der Elektronenstrom aus.
Sonstiges
Der größte jemals eingesetzte Quecksilberdampfgleichrichter war der Nelson River Bipol 1.
Ein Quecksilberdampfgleichrichter nimmt sich nur die oberen Halbwellen eines Wechselstroms. Um auch die unteren Halbwelle zu verwerten muss man auf einen zweiten Gleichrichter zurückgreifen und ihn negativ verschalten. Die resultierende Schaltung ist einem Brückengleichrichter bzw. einem Dreiphasengleichrichter äquivalent.
Spezielle Typen von Quecksilberdampfgleichrichtern sind das Thyratron, das Ignitron und das Excitron. Für das Laden von Akkumulatoren verwendete man andere Arten von Gleichrichtern, unter anderem die sog. "Tungar"-Röhren, die in der Lage waren, bei den relativ geringen Ladespannungen (z.B. 12 Volt) den erforderlichen Strom zu liefern.
Bilder
kommen in kürze
Weblinks
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- Quecksilberdampfgleichrichter - Quecksilberdampfgleichrichter in Aktion
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