Quecksilberdampfgleichrichter
Englisch: mercury arc rectifier
Ein Gleichrichter, der Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt, indem er eine Kathodenröhre mit einem Quecksilberbad nutzt; heute durch Halbleitergleichrichter ersetzt.
Quecksilberdampfgleichrichter: Hochleistungs-Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlung durch ionisiertes Quecksilberdampf
Ein Quecksilberdampfgleichrichter ist ein großes Glas- oder Stahlrohr mit einem Quecksilberbecken am Boden und einer darin eingetauchten Kathode, während die Anode oben angebracht ist. Wenn Wechselstrom angelegt wird, verdampft und ionisiert das Quecksilber, sodass Elektronen während der positiven Halbwelle des Wechselstroms von der Kathode zur Anode fließen können. Der Quecksilberdampf leitet nur in eine Richtung, wandelt Wechselstrom mit relativ geringem Spannungsabfall über dem Rohr in Gleichstrom um, typischerweise 10 bis 15 Volt.
Das Gerät arbeitet bei Temperaturen um 700 bis 900 Grad Celsius in der Lichtbogensäule. Mehrere Anoden konnten im selben Quecksilberbecken hinzugefügt werden, um Mehrphasen-Gleichrichter zu schaffen: Ein Rohr mit drei Anoden konnte gleichzeitig Drehstrom umwandeln. Das Rohr benötigte eine Zündelektrode oder einen Zünder, um den Lichtbogen einzuleiten, da Quecksilberdampf nicht leitet, bis die Ionisierung beginnt. Einmal in Betrieb, war der Lichtbogen selbsthaltend, solange Strom durch das Gerät floss.
Anwendungen und Grenzen
Quecksilberdampfgleichrichter dominierten schwere Industrie- und Elektrizitätsversorgungsanwendungen von den 1920er bis 1960er Jahren. Sie wurden verwendet, um Gleichstrom für Straßenbahnen und Eisenbahnsysteme bereitzustellen, um Wechselstrom für Galvanik und Elektrolyse umzuwandeln, und in frühen Telefonzentralen. Sie konnten viel höhere Ströme bewältigen als damals verfügbare Kupferoxid- oder Selenbeschichtungsgleichrichter, mit einigen Geräten mit Nennwerten im Tausende-Ampere-Bereich.
Die Technologie hatte schwerwiegende Nachteile. Das Rohr musste vertikal angebracht werden, um das Quecksilberbecken an Ort und Stelle zu halten. Quecksilberdampf war giftig und Lecks stellten ein Gesundheitsrisiko dar. Das Quecksilber musste regelmäßig von Oxiden gereinigt werden. Das Rohr hatte eine begrenzte Lebensdauer; Elektroden verschlissen und die Glasumhüllung konnte durch Wärmespannungen oder mechanische Stöße reißen. Das Starten des Geräts erforderte Sorgfalt, und ein ausgefallenes Rohr konnte während der Neustartsequenz einen Gleichstromversatz in den Stromkreis einführen.
Halbleitergleichrichter, zunächst Siliziumdioden in den 1950er Jahren und später Thyristoren und andere Halbleiterbauelemente, machten Quecksilberdampfröhren überflüssig. Sie benötigten keine Aufwärmzeit, erzeugten weniger Wärme, waren kompakt, verarbeiteten Transienteneffekte besser und stellten kein Giftigkeitsrisiko dar. Bis zu den 1970er Jahren waren Quecksilberdampfgleichrichter aus neuen Anlagen nahezu vollständig verschwunden, obwohl einige noch viele Jahrzehnte danach in Betrieb blieben.