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Verfahren und Einrichtung zur Heizung von auf hohem Potential befindlichen Glühkathoden von Entladungsgefässen, insbesondere in Einrichtungen zur Erzeugung hoher Gleichspannung.
Bei elektrischen Anlagen zur Erzeugung hoher Gleichspannung aus einer Wechselspannung unter Verwendung von einem oder mehreren Hochspannungskondensatoren und Glühkathodenventilen macht die Heizung der auf hohem Potential befindlichen Glühkathoden manchmal Schwierigkeiten. Es ist bekannt, den Heizstrom der Ventile Transformatoren zu entnehmen. Da die Sekundärwicklungen dieser Transformatoren für die volle an der Glühkathode liegende Hochspannung von der Wechselstromquelle isoliert sein müssen, sind, besonders wenn mehrere gegenüber der Wechselstromquelle Hochspannung aufweisende Glühkathoden zu heizen sind, kostspielige und viel Raum beanspruchende Heizstromwandler hiezu erforderlich.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, hat man für die Speisung der Glühkathode Akkumulatorenbatterien oder rotierende Generatoren benutzt. Mit erstgenannten ist der Nachteil verknüpft, dass sie einer sorgfältigen Überwachung bedürfen und wegen der erforderlichen periodischen Aufladung nicht für den kontinuierlichen Betrieb geeignet sind. Bei Generatoren muss man u. a. den bei sieh bewegenden Teilen unvermeidlichen Nachteil der Abnutzung in Kauf nehmen, abgesehen von dem durch sie verursachen störenden Geräusch.
Erfindungsgemäss erfolgt die Heizung von Glühkathoden mittels eines Hochfrequenzwechselstromes, der durch den Hochspannungskondensator oder wenn mehrere solcher Kondensatoren vorhanden sind, durch wenigstens einen Teil derselben hindurchgeleitet wird.
Es sind Anordnungen zur Erzeugung hoher Gleichspannung aus einer Wechselspannung mit zwei oder mehreren Hochspannungskondensatorgruppen bekannt, zwischen die zwei oder mehrere Ventile geschaltet sind. Gemäss der Erfindung werden in solchen Anordnungen, wenn die Ventile mit Glühkathoden arbeiten, ein oder mehrere eine Hochfrequenzwechselstromquelle enthaltende Hilfsstromkreise vorgesehen, welche sich durch wenigstens einen Teil der Hochspannungskondensatoren schliessen und von denen aus die Glühkathoden mit Heizstrom gespeist werden.
Besonders vorteilhaft wird diese Anordnung, wenn die Hochspannungskondensatorgruppen durch eine den Hochfrequenzwechselstrom leicht durchlassende, die pulsierende Gleichspannung sperrende Hilfsimpedanz hintereinander geschaltet werden. Als solche verwendet man vorzugsweise einen Kondensator und eine Selbstinduktion in Reihe, die auf die Frequenz des Heizstromes derart abgestimmt sind, dass Spannungsresonanz auftritt. Die beiden Enden der von diesem Hochfrequenzwechselstrom zu durchlaufenden Kondensatorenkette haben dann ein verhältnismässig niedriges Potential, so dass an die Isolierung des Heizstromgenerators keine besonders hohen Anforderungen gestellt werden.
Es ist möglich, die mit zwei aufeinander folgenden Kondensatoren verbundenen Glühkathoden einfach als Verbindungsleiter zwischen diese Kondensatoren zu schalten, so dass der volle Heizstrom durch die Kondensatoren fliesst. Zweckmässig wird aber für jede, mit Hochfrequenzwechselstrom zu speisende Glühkathode ein Transformationskreis, gegebenenfalls ein Resonanzkreis vorgesehen, um den durch die Hoehspannungskondensatoren fliessenden Hochfrequenzwechselstrom kleiner als den erforderlichen
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Glühstrom zu halten und dadurch Spannungsverluste, insbesondere Ohm'sehe Verluste in den Hochspannungskondensatoren zu vermeiden.
Da bei Hintereinanderschaltung der Kondensatorgruppen die Ventile Nebenschlüsse für den Hochfrequenzstrom bilden, sind in den Anodenleitungen der Ventile Sperrwiderstände für diesen Strom aufzunehmen, die auch als Dämpfungswiderstände für das Gleichstromsystem Bedeutung haben.
Als Beispiele von Anordnungen gemäss der Erfindung veranschaulicht die Zeichnung schematisch zwei Schaltungen, bei denen eine Anzahl in Reihe geschalteter Ventile vorgesehen ist, von denen das erste Ventil durch die Wechselspannungsquelle (Niederfrequenz) und einem, diese von dem nächsten Ventil trennenden Hochspannungskondensator überbrückt ist, und ferner je zwei aufeinanderfolgende Ventile von einem Hochspannungskondensator überbrückt sind.
Gemäss Fig. 1 wird das erste Ventil 8 von der Sekundärwicklung 2 des Speisetransformators, dessen Primärwicklung mit 1 angedeutet ist, überbrückt. Das eine Ende der Wicklung 2 ist bei 1. 3 geerdet, das andere Ende ist durch den Hochspannungskondensator 3 von dem Ventil 8 getrennt. Die Hochspannung-
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einander bilden aber die Kondensatoren 3,4 und 5 eine Gruppe, und die Kondensatoren 6 und 7 eine zweite. Diese Kondensatoren besitzen z. B. eine Kapazität von 0-01 f" F. Die beiden Gruppen werden durch einen Hilfskondensator 14 (Kapazität z.
B. 0-001 ut F) und eine Selbstinduktionsspule 32 (von z. B. 0'5 mH) verbunden und bilden zusammen mit diesen Schaltgliedern mit einem Hoebfrequenzweehsel- stromgenerator 15 und einem Trennkondensator 16 einen geschlossenen Kreis, in den auch die Glüh-
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wird ein Wechselstrom mit einer so hohen Frequenz erzeugt, dass in den Kondensatoren praktisch kein kapazitiver Spannungsverlust auftritt, und von einer solchen Stärke, dass die Glühkathoden durch diesen Strom auf ihre Emissionstemperatur gebracht werden. Oxydkathoden erfordern z. B. eine Stromstärke von 3'5 Amp. und eine geeignete Frequenz ist etwa 750 kHz.
Der Heizstromgenerator kann aus einem kleinen Röhrensender bestehen, der gar keine Überwachung erfordert, geräuschlos arbeitet und fast keine Abnutzung zeigt. Die erforderliche Leistung ist pro Ventil nicht mehr als 8 Watt.
Es hat sich ergeben, dass die Metallbeläge der gebräuchlichen Hochspannungskondensatoren für die benötigte Stromstärke einen ziemlich grossen Ohm'sehen Widerstand haben, so dass die zu überwindenden Verluste den Wirkungsgrad des Hochfrequenzgenerators nachteilig beeinflussen können. Wenn dies der Fall ist, kann für jedes Ventil ein Stromtransformator vorgesehen werden. Hiezu kann ein Transformator mit einer Primärspule und einer Sekundärspule benutzt werden. Am einfachsten nimmt man aber einen Resonanzkreis, da hiedurch die Transformationsverluste ganz klein gehalten werden können.
In Fig. 2 ist diese Schaltung angegeben. Mit jeder Glühkathode ist eine Drosselspule in Reihe geschaltet 22, 2. 3, 24, 25 und 26 und parallel zu dieser Spule und der Glühkathode liegt jeweils ein Kondensator 27, 28, 29, 30 und 31. Die Kapazität des Kondendators und die Selbstinduktion der Spule sind unter Berücksichtigung der Impedanz der Glühkathode so gewählt, dass in an sich bekannter Weise ein auf die Frequenz des Generators 15 abgestimmter Kreis gebildet wird. Das Hochfrequenzsystem braucht also nur eine geringe Stromstärke zu liefern, jedoch werden die in den auf Stromresonanz abgestimmten Kreisen liegenden Glühkathoden von einem viel grösseren Strom durchflossen als die Hoehspannungskondensatoren. Die Verluste in diesen Kondensatoren werden dadurch erheblich herabgesetzt.
Auf diese Weise kann ein Glühstrom in jeder Glühkathode von 3'5Amp. geliefert werden bei einem Generatorstrom von z. B. 0'2 Amp. Die Spannung des Generators braucht nicht oder nur wenig höher zu sein als im Beispiel der Fig. 1, da die Spannungsverluste in den Kondensatoren bedeutend geringer sind.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Heizung von auf hohem Potential befindlichen Glühkathoden von Entladungsröhren, insbesondere von Ventilen, in vorzugsweise zur Erzeugung hoher Gleichspannung dienenden Anlagen mit einem oder mehreren Hochspannungskondensatoren, dadurch gekennzeichnet, dass die Glühkathoden durch einen besonderen Hochfrequenzwechselstrom geheizt werden, welcher den Glühkathoden über wenigstens einen zur Anlage gehörigen Hochspannungskondensator zugeleitet wird. der den Heizstromerzeuger von den hochspannungsführenden Teilen trennt.
2. Einrichtung zur Erzeugung hoher Gleichspannung aus einer Wechselspannung mit wenigstens zwei Hochspannungskondensatorgruppen und zwei oder mehreren zwischen diese Gruppen geschalteten Glühkathodenventilen, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere eine Hochfrequenzwechselstromquelle enthaltende Hilfsstromkreise vorgesehen sind, welche sich durch wenigstens einen Teil der Hochspannungskondensatoren schliessen und von denen aus die Glühkathoden mit Heizstrom gespeist werden.
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Method and device for heating hot cathodes of discharge vessels that are at high potential, in particular in devices for generating high DC voltage.
In electrical systems for generating a high DC voltage from an AC voltage using one or more high-voltage capacitors and hot cathode valves, the heating of the hot cathodes at high potential sometimes creates difficulties. It is known to take the heating current of the valves transformers. Since the secondary windings of these transformers must be isolated from the alternating current source for the full high voltage applied to the hot cathode, expensive and space-consuming heating current converters are required for this purpose, especially if several hot cathodes with high voltage compared to the alternating current source are to be heated.
In order to avoid this disadvantage, accumulator batteries or rotating generators have been used to supply the hot cathode. The disadvantage associated with the former is that they require careful monitoring and are not suitable for continuous operation because of the periodic charging required. With generators one must u. a. accept the inevitable disadvantage of wear and tear in moving parts, apart from the annoying noise they cause.
According to the invention, hot cathodes are heated by means of a high-frequency alternating current which is passed through the high-voltage capacitor or, if several such capacitors are present, through at least part of the same.
Arrangements are known for generating high direct voltage from an alternating voltage with two or more high-voltage capacitor groups between which two or more valves are connected. According to the invention, if the valves work with hot cathodes, one or more auxiliary circuits containing a high-frequency alternating current source are provided in such arrangements, which are closed by at least some of the high-voltage capacitors and from which the hot cathodes are fed with heating current.
This arrangement is particularly advantageous if the high-voltage capacitor groups are connected in series by an auxiliary impedance that slightly lets the high-frequency alternating current through and blocks the pulsating direct voltage. A capacitor and a self-induction in series are preferably used as such, which are matched to the frequency of the heating current in such a way that voltage resonance occurs. The two ends of the capacitor chain through which this high-frequency alternating current is to pass then have a relatively low potential, so that no particularly high requirements are placed on the insulation of the heating current generator.
It is possible to simply connect the hot cathodes connected to two consecutive capacitors as a connecting conductor between these capacitors, so that the full heating current flows through the capacitors. However, for each hot cathode to be fed with high-frequency alternating current, a transformation circuit, possibly a resonance circuit, is expediently provided in order to make the high-frequency alternating current flowing through the high-voltage capacitors smaller than the required
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To keep glow current and thereby avoid voltage losses, in particular ohmic losses in the high-voltage capacitors.
Since the valves form shunts for the high-frequency current when the capacitor groups are connected in series, blocking resistances for this current must be included in the anode lines of the valves, which are also important as damping resistors for the direct current system.
As examples of arrangements according to the invention, the drawing schematically illustrates two circuits in which a number of valves connected in series is provided, of which the first valve is bridged by the AC voltage source (low frequency) and a high voltage capacitor separating this from the next valve, and Furthermore, two consecutive valves are bridged by a high-voltage capacitor.
According to FIG. 1, the first valve 8 is bridged by the secondary winding 2 of the supply transformer, the primary winding of which is indicated by 1. One end of the winding 2 is grounded at 1.3, the other end is separated from the valve 8 by the high-voltage capacitor 3. The high voltage
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but the capacitors 3, 4 and 5 form one group and the capacitors 6 and 7 form a second group. These capacitors have z. B. a capacitance of 0-01 f "F. The two groups are through an auxiliary capacitor 14 (capacitance z.
B. 0-001 ut F) and a self-induction coil 32 (e.g. 0'5 mH) and together with these switching elements with a high-frequency alternating current generator 15 and a separating capacitor 16 form a closed circuit in which the glow
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an alternating current is generated with such a high frequency that there is practically no capacitive voltage loss in the capacitors, and of such strength that the hot cathodes are brought to their emission temperature by this current. Oxide cathodes require e.g. B. a current of 3'5 amps. And a suitable frequency is about 750 kHz.
The heating current generator can consist of a small tube transmitter that requires no monitoring at all, works silently and shows almost no wear. The required power per valve is no more than 8 watts.
It has been found that the metal linings of the customary high-voltage capacitors have a fairly large ohmic resistance for the required current strength, so that the losses to be overcome can adversely affect the efficiency of the high-frequency generator. If this is the case, a current transformer can be provided for each valve. A transformer with a primary coil and a secondary coil can be used for this purpose. The easiest way, however, is to use a resonance circuit, as this allows the transformation losses to be kept very small.
This circuit is shown in FIG. With each hot cathode a choke coil is connected in series 22, 2.3, 24, 25 and 26 and parallel to this coil and the hot cathode is a capacitor 27, 28, 29, 30 and 31. The capacitance of the capacitor and the self-induction of the Coils are selected taking into account the impedance of the hot cathode in such a way that a circuit which is tuned to the frequency of the generator 15 is formed in a manner known per se. The high-frequency system therefore only needs to supply a low current strength, but the hot cathodes located in the circuits tuned to current resonance have a much larger current flowing through them than the high-voltage capacitors. This considerably reduces the losses in these capacitors.
In this way, a glow current in each glow cathode of 3'5Amp. are delivered with a generator current of z. B. 0'2 Amp. The voltage of the generator need not be or only slightly higher than in the example of FIG. 1, since the voltage losses in the capacitors are significantly lower.
PATENT CLAIMS:
1. A method for heating hot cathodes of discharge tubes, in particular valves, which are at high potential, in systems with one or more high-voltage capacitors, which are preferably used to generate high DC voltage, characterized in that the hot cathodes are heated by a special high-frequency alternating current which feeds the hot cathodes via at least a high-voltage capacitor belonging to the system is fed. which separates the heater from the high-voltage parts.
2. Device for generating high direct voltage from an alternating voltage with at least two high-voltage capacitor groups and two or more hot cathode valves connected between these groups, characterized in that one or more auxiliary circuits containing a high-frequency alternating current source are provided which are closed by at least some of the high-voltage capacitors and from which from the hot cathodes are fed with heating current.