<Desc/Clms Page number 1>
EMI1.1
Die Erfindung bezweckt, einen vollwertigen Ersatz für eine Hochspannungsakkumulatoreiibatterie zu schaffen, der dort anwendbar ist, wo ein Wechselstromlichtnetz zur Verfügung steht und auf die Elektrizitätsspeicherung durch Akkumulatoren kein Wert gelegt wird.
Zur Lösung dieses Problems führen derzeit zwei prinzipiell verschiedene Wege. Erstens kann man Widerstände mit niehtlinearer Charakteristik, wie etwa Glimmröhren und Eisenwasserstoffwiderstände, in geeigneter Weise kombinieren, um die Spannungsschwankungen auf einen bestimmten Bruchteil zu reduzieren. Zweitens kann man sich einer gittergesteuerten Elektronenröhre bedienen, indem man die Spannungsschwankungen derart auf Gitter und Anode verteilt, dass der Anodenstrom konstant bleibt. Die prinzipielle Schaltung, die auch zur Messung des Durchgriffs viel verwendet wird, zeigt Fig. 1.
Die dem Netz oder einem Gleichrichter entnommene schwankende Gleichspannung wird dem Potentiometer R1, R2 zugeführt. Bezeichnet D den Durchgriff der Röhre und macht man RIR, = D, so ist die Steuerspannung Vat = VG + D.VAn von der Eingangsspannung VE unabhängkig. Fliesst der Anodenstrom JA durch einen Verbraucher mit konstantem Widerstand RA. so bleibt auch die Ausgangsspannung V, konstant. Verringert sich der Verbraucherwiderstand. RA, so steigt der Strom JA an und die Ausgangsspannung VA sinkt. Bezeichnet man mit R den inneren Widerstand des Gerätes und mit Ri den inneren Widerstand der Röhre, so findet man R = Ri + R2. Will man den Potentiometerstrom klein halten, so wird R2 und daher auch R sehr gross, was die Anwendbarkeit einer derartigen Anordnung zur Konstanthaltung einer Spannung für die meisten Zwecke unmöglich macht.
Die Erfindung bezweckt, den inneren Widerstand des Gerätes wesentlich zu vermindern. Dies geschieht in der Weise, dass zur Steuerung der Röhre ein eigener Gleichstromverstärker verwendet wird.
Die prinzipielle Schaltung zeigt Fig. 2. Der Hauptstrom fliesst nur durch die Röhre 1 ; diese wird gesteuert durch die Widerstandsverstärkerröhre 2, in deren Anodenkreis der Ableit widerstand Rs liegt. Kathodenund Gitterpotential wird der Eingangsspannung über die Putentiometer R1,R2 und R3, R4 entnommen ; sie werden so dimensioniert, dass die Röhre 2 die richtige Anodenspannung erhält und der Röhre 1 die zur Stabilisierung notwendigen Gitterspannungsschwankungen zugeführt werden. Da hiebei R2/R1 grösser als R1/R2 sein muss, ist zum Erreichen einer negative n Gitter Vorspannung die Batterie E erforderlich. Statt zweier Potentiometer kann auch ein einziges verwendet werden. das zwei Abgreifstellen besitzt.
Im Gleichstromverstärker kann statt der 3-EIektrodenröhre auch eine Pentode oder Schirmgitterröhre verwendet werden, wodurch eine Verringerung der Hilfsbatterie erreicht wird.
Die Schaltung unterscheidet sich dadurch von Fig. 1. dass in ihr der Hauptstromkreis vom Steuerstromkreis vollkommen getrennt ist. Es wird daher die Potentialdifferenz von Gitter und Anode der Röhre 1 von der Belastung unabhängig sein ; in diesem Falle findet man daher den inneren Widerstand des Gerätes zu R = Rl1.D1/1 + D1.
EMI1.2
183.000 Ohm und im Falle von Fig. 2 einen solchen von bloss 300 Ohm. Bei einer Stromentnahme von etwa 5'5 tu J. sinkt im ersten Falle die Spannung auf Null ab, während sie im zweiten Falle bloss um etwa 1'7 Volt abnimmt !
<Desc/Clms Page number 2>
Die Abhängigkeit der Ausgangs-von der Eingangsspannung ist in Fig. 3 dargestellt ; sie weist ein ganz flaches Maximum auf. Wählt man den mittleren Arbeitspunkt im Maximum, so ist A VA pro-
EMI2.1
beträchtlich zu.
Wählt man den Arbeitspunkt der Röhren so, dass sich die Krümmungen der einzelnen Röhrenkennlinien gegenseitig aufheben, so gelingt es, das Maximum der VA/VE-Kennlinie in einen Wendepunkt oder ein Maximum höherer Ordnung zu verwandeln, wodurch die Stabilisierung weiter verbessert wird.
Um den stark gekrümmten Teil der Kennlinie der Röhre 1 zu meiden, empfiehlt sich die Anwendung einer geringen Vorbelastung.
Für Zwecke, wo besonders gute Spannungskonstanz verlangt wird oder sehr grosseNetzschwan- kungen auftreten, ist eine Kaskadenschaltung besonders empfehlenswert ; die erste Stufe verkleinert die Schwankungen beträchtlich, so dass die zweite Stufe nur in nächster Nähe des Maximums der If/VE- Kennlinie arbeitet ; die Stabilisierungswirkung dieser zweiten Stufe ist daher ausserordentlich gut und die Ausgangsspannung bereits nach einer zweistufigen Kaskade praktisch für alle Zwecke vollkommen konstant. Dies gilt auch für die später zu besprechenden Schaltungen.
Im Falle auch der geringere innere Widerstand des Gerätes von einigen hundert Ohm unerwünscht ist, kann dieser auf Null reduziert oder sogar negativ werden, indem man, wie in Fig. 4 und 5 dargestellt, den Widerstand R6 in den Hauptstromkreis schaltet. Seine Wirkung, die mit einer Rückkopplung am ehesten vergleichbar ist, kann man folgendermassen erkennen : Verringert sich der Verbraucherwider-
EMI2.2
gegen die Kathode, der Anodenstrom fällt und das Gitter der Röhre 1 wird positiver. Hiedurch kann der Hauptteil des grösseren Spannungsabfalls in der Röhre 1, der durch den höheren Strom bedingt wurde, kompensiert werden. Wählt man R6 zu hoch, so dass Überkompensation eintreten würde, so wird die Schaltung labil.
Statt den Widerstand R6 in den Hauptstromkreis zu legen, ist es auch möglich, wie Fig. 6 zeigt, das Potentiometer Ri, an die Ausgangsspannung zu legen ; auch eine Kombination dieser Anordnung mit dem Widerstand R6, wie in Fig. 7 dargestellt, ist möglich.
Diese Abänderungen der Schaltung Fig. 2 haben ausser der Verringerung des inneren Widerstandes noch den Vorteil, dass die Hilfsbatterie E beträchtlich kleiner gewählt werden kann. Die Auswahl unter diesen Schaltungen wird bestimmt durch die Höhe der zu stabilisierenden Spannung, die Grösse der Schwankungen und durch die verfügbaren Röhren. Durch Anwendung der Rückwirkung des Ausgangsstroms oder der Ausgangsspannung auf den Steuerkreis ist es also gelungen, einen vollwertigen Ersatz für eine Hochspannungsakkumulatorenbatterie zu schaffen, da es möglich ist, den inneren Widerstand des Gerätes sogar kleiner als jenen der Akkumulatorenbatterie zu machen.
Zum klaglosen Funktionieren der Anordnung ist für die Hilfsspannung E eine gute Trockenbatterie erforderlich ; da aus ihr kein Strom entnommen wird, können für diesen Zweck auch Normalelemente verwendet werden. Man kann die Hilfsbatterie dadurch vermeiden, dass man die Ohmschen Widerstände zum Teil durch Widerstände mit nicht linearer Charakteristik, also etwa Eisenwasserstoffwiderstände, Glimmröhren oder Elektronenröhren, ersetzt.
Zweckmässiger ist es jedoch, zur Steuerung der Hauptröhre einen zweistufigen Gleichstromverstärker zu verwenden ; die Hilfsbatterie ist dann entweder ganz entbehrlich oder kann zumindest stark verkleinert werden. Einige Sehaltbeispiele dafür zeigen die Fig. 9-12. Auch in diesen Schaltungen bezwecken die Widerstände R6 und R6'eine VerringE'rung des inneren Widerstandes des Stabilisators.
Auch hier ist es möglich, die Potentiometer R1, R2 oder J, ssg oder beide in den Ausgangskreis zu legen.
Der Anschluss der Anodenableitwiderstände kann vor oder nach den Widerständen R6 erfolgen. In die
EMI2.3
Bei allen Schaltungen werden am zweckmässigsten aus dem Wechselstromnetz indirekt geheizte Röhren verwendet. Der Einfluss der Heizspannungsschwankungen ist an und für sich gering, da er von der Höhe der stabilisierten Spannung unabhängig ist und bei einem Hochspannungsgerät prozentuell nicht viel ausgibt. Für die meisten Fälle genügt die Verwendung eines Eisenwasserstoffwiderstandes im Primärkreis des Heiztransformators. Eine Vergrösserung der Heizspannung, also Erhöhung der Emission, bewirkt bei den Röhren 1 und 3 ein Anwachsen, bei der Röhre 2 ein Abnehmen der Ausgangsspannung. Diese Tatsache, dass sich also die Heizspannungsschwankungen bei den verschiedenen Röhren in verschiedenem Sinne äussern, gibt die Möglichkeit, sie restlos zu kompensieren.
Hiezu wird in den Heizkreis der ersten Steuerröhre ein passend dimensionierter Eisenwasserstoffwiderstand eingeschaltet.
Die hier beschriebenen Anordnungen weisen gegenüber den bisher zur Spannungsstabilisation meist verwendeten Glimm-und Koronaentladungen eine Reihe wesentlicher Vorteile auf :
Vor allem fehlt das bei Glimmröhren beobachtbar starke Absinken der Brennspannung in den ersten Stunden nach jedem Einschalten.
Zweitens ist die Stabilisierungswirkung bei kleinen Spannungsschwankungen besser, da sie bei den beschriebenen Geräten mit abnehmender Schwankung hyperbolisch zunimmt, dagegen bei der Verwendung von Glimmentladungen konstant bleibt. Sollen rasche Schwankungen, wie etwa die nach der Gleichrichtung und Aussiebung zurückbleibende Welligkeit, beseitigt werden, so ist die Überlegen-
<Desc/Clms Page number 3>
heit der obigen Schaltungen besonders gross, da einerseits die Geräte mit Glimmröhren und Eisenwasser- stoffwiderständen, wegen der Wärmeträgheit der letzteren, bei raschen Schwankungen fünfmal schlechter stabilisieren als bei langsamen Schwankungen, anderseits die Stabilisierung der obigen Schaltungen frequenzunabhängig ist. Selbst bei sehr schlechter Ausglättung erzielt man mit dem erfindungsgemässen
Gerät eine glatte Gleichspannung.
Drittens ist im Mittel der Spannungsverlust im Gerät bloss gleich der maximalen Grösse der Span- nungssehwankung ; die Spannung, die der Gleichrichter zu liefern hat, ist daher wesentlich kleiner als bei Verwendung von Glimmröhren oder Koronaentladungen. Dieser geringe Spannungsverlust erleichtert auch wesentlich die Anwendung einer Kaskadenschaltung, die gerade in diesem Falle, wo der Stabilisierungsgrad, wie schon früher besprochen, mit abnehmender Eingangsspannungsschwankung beträchtlich zunimmt, besonders vorteilhaft ist.
Wenn auch für die meisten Zwecke ein möglichst kleiner Widerstand der Stromquelle wünschenswert ist, so gibt es doch Anordnungen, wie namentlich den Betrieb von Entladungsröhren mit negativem Widerstand, wo ein bestimmter Minimalwiderstand der Stromquelle unbedingt erforderlich ist. Die oben beschriebenen Schaltungen gestatten, durch passende Dimensionierung der Widerstände dem inneren Widerstand des Gerätes einen beliebigen Wert zu geben, der kleiner ist als Ri,. D, 11 + Di. Sollte ein grösserer Widerstand erforderlich sein, so kann man eine Schaltung nach Art der Fig. 8 anwenden.
Der Unterschied gegen die Schaltung Fig. 4 besteht bloss darin, dass der Widerstand R6 in die andere Leitung des Hauptstromkreises gelegt wurde ; sinngemäss lassen sich auch alle andern Schaltungen in dieser Art abändern. Der Vorteil, den eine derartige Anordnung gegenüber einem im Hauptstromkreis liegenden Widerstand besitzt, besteht in dem wesentlich geringeren Spannungsverlust. Auch zur Erreichung passender Arbeitspunkte kann dieser Widerstand wünschenswert sein.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Konstanthaltung einer Spannung mittels gittergesteuerter Entladungsrohren, wobei eine im Hauptstromkreis liegende Röhre durch die zu glättende Spannung gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung über mindestens eine weitere Röhre erfolgt.