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Elektrische Einrichtung zur Zuführung eines Wechselstromes von einstellbarer, konstanter Amplitude an einen Verbraucher von veränderlicher Impedanz
Die Erfindung betrifft eine elektrische Einrichtung zur Zuführung eines Wechselstromes mit einstell- barer, konstanter Amplitude an einen Verbraucher von veränderlicher Impedanz, mit einer Wechsel- stromquelle von im wesentlichen konstanter Spannung und konstanter Frequenz und mindestens einem an diese Stromquelle angeschlossenen Reihenresonanzkreis, der eine Induktivität und eine Kapazität aufweist, wobei der Verbraucher an einer zwischen der Induktivität und dem Kondensator liegenden Stelle des Stromkreises angeschlossen ist.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Pegelwähler für Netzwerke mit im wesentlichen lastunabhängigem konstantem Ausgangsstrom.
In manchen Schaltungen ist es erwünscht, einen Transformationskreis vorzusehen, mit dem eine konstante Spannung in einen konstanten Strom transformiert werden kann, der von dem gespeisten Verbraucher im wesentlichen unabhängig ist. Eine derartige Anordnung findet beispielsweise bei einem Elektronenbeschuss-Schmelz- und -giessofen Anwendung, wie er von Smith unter anderem im Journal of Metals (Feber [1959J) in dem Artikel"Electron Bombardment Melting" beschrieben ist. Eines der in Hochvakuum-Elektronenstrahlöfen auftretenden Probleme besteht darin, in dem Ofen trotz Schwankungen des Widerstandes zwischen Kathode und Anode einen relativ konstanten Emissionsstrom aufrechtzuerhalten. Der zwischen Kathode und Anode liegende Belastungswiderstand ist von zahllosen, nicht vollständig erfassbaren Faktoren abhängig.
Es genügt hier zu sagen, dass es sich gezeigt hat, dass zwecks Regelung der Emissionsstromstärke nicht nur die Veränderungen des Spannungsabfalls an der Entladung im Ofen geregelt werden müssen, sondern dass auch die höchste mögliche Stärke des Emissionsstromes eingehalten bzw. beachtet werden. muss. Diese Höchststromstärke ist teilweise von der Gestalt der Elektrode, in höherem Masse jedoch von dem optimalen Pegel der Emissionsstromstärke für die verschiedenen zu velarbeitenden Materialien abhängig.
In dem vorgenannten Artikel von Smith erläutern die Verfasser in Fig. 5 die starken temperaturabhang'gen Schwankungen der Dampfdrücke der in Elektronenstrahlöfen verarbeiteten Materialien. Infolge dieser Schwankungen hat jedes durch unter Elektronenbeschuss erfolgende Schmelzen und Giessen zu reinigende Material seinen eigenen optimalen Strompegel. Bisher mussten diese Pegel in jedem einzelnen Fall ermittelt und mit komplizierten Massnahmen eingestellt und eingehalten werden. Erfindungsgemäss wird eine einfache Einrichtung geschaffen, mit welcher der Pegel des Ausgangsstromes eines Netzwerkes zur Transformierung einer konstanten Spannung in einem konstanten Strom ohne sonstige Veränderung des Netzwerkes verändert werden kann bzw. einstellbar ist.
Das bezügliche Transformationsnetzwerk ist in dem Buch von C. P. Steinmetz"TheoryandCalcu- lation of Electrical Circuit" (New York, [1917], S. 259 ff. ausführlich beschrieben. In dieser schon sehr alten Abhandlung hat Steinmetz eine in einem einzigen Resonanzkreis durchgeführte Transformation und eine verfeinerte monozyklische Transformation entwickelt, die beide im wesentlichen lastunabhängig sind.
Das in dem vorstehend beispielsweise erwähnten Elektronenbeschussofen verwendete Netzwerk stellt
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doch1/ML gehalten wird, bewirkt eine Veränderung der Aufteilung der Gesamtkapazität auf X und X. eine Veränderung des durch den Verbraucher fliessenden Ausgangsstromes i, ohne die Resonanzfrequenz des Kreises zu verändern. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Stromkreis soll die für den Resonanzzustand erforderliche Bedingung Xl-2 ; = Xs aufrechterhalten sein.
Da
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EMI3.2
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Durch Umkehrung erhält man
EMI3.4
Durch Umstellung, Einsetzen und Beseitigung der Brüche erhält man
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Daraus geht hervor, dass bei konstanter Spuleninduktivität und Frequenz die Summe der Kapazitäten konstant sein muss, dass aber dann der Ausgangsstrom 1 durch Veränderung des Verhältnisses der Kapazitäten verändert werden kann. Wenn die Induktivität beispielsweise 12, 1 mH beträgt und die Span-
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<tb>
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Schalter- <SEP> C1 <SEP> C3 <SEP> X1 <SEP> X1-2 <SEP> X3 <SEP> Ausgangsstrom
<tb> stellung <SEP> Mikrofarad <SEP> Mikrofarad <SEP> Ohm <SEP> Ohm <SEP> Ohm <SEP> i=/ <SEP> (X <SEP> )
<tb> 1 <SEP> 0 <SEP> 580 <SEP> 00 <SEP> 4,6 <SEP> 4,6 <SEP> 0,218 <SEP> eO <SEP>
<tb> 2 <SEP> 120 <SEP> 460 <SEP> 22, <SEP> 1 <SEP> 5, <SEP> 8 <SEP> 5, <SEP> 8 <SEP> 0, <SEP> 172 <SEP> eg <SEP>
<tb> 3 <SEP> 480 <SEP> 100 <SEP> 5,5 <SEP> 26,4 <SEP> 26,4 <SEP> 0,038 <SEP> e0
<tb>
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schaltet. Bei Betätigung des Relais A werden die Kondensatoren 40 jedoch über die entsprechenden Ar- beitskontakte A-1, A-3 und A-5 den zugeordneten Induktivitäten L der Reihenresonanzschaltung paral- lelgeschaltet.
In ähnlicher Weise bewirkt die Betätigung des Relais B, dass die Kondensatoren 41 über die entsprechenden Kontakte B-1, B-3 und B-5 den zugeordneten Induktivitäten L parallelgeschaltet werden. Wenn das Relais B abfällt, werden die Kondensatoren 41 über die Ruhekontakte B-2, B-4 und
B-6 den Kondensatoren C parallelgeschaltet. Die Umschaltung der Kondensatoren 42 durch das Relais C erfolgt ähnlich wie die der Kondensatoren 40 und 41 durch die Relais A und B und können über die Ar- beitskontakte C-l, C-3 und C-5 des Relais C den Induktivitäten L parallelgeschaltet werden. Bei abge- fallenem Relais C sind diese Kondensatoren 42 über die Ruhekontakte C-2, C-4 und C-6 den Kondensato- ren C parallelgeschaltet.
Es ist ersichtlich, dass durch Anordnung zusätzlicher Kondensatoren (wobei die Summe der Kapazi- täten gleich 1/w2L gehalten wird) oder durch Verwendung von Kombinationen der Kondensatoren 40,41 und 42 oder durch beide Massnahmen zahlreiche weitere Ausgangsstrompegel gewählt werden können.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 können je nach dem Zustand der Relais A, B und C acht ver- schiedene Kombinationen erhalten werden.
In dem Ausführungsbeispiel können die Relais A, B und C z. B. dadurch betätigt werden, dass die mit dem einen Ende der Relaiswicklungen verbundenen Leitungen a, b oder c an Erde gelegt werden, wobei die andern Enden der Relaiswicklungen an eine Batterie 39 angeschlossen sind. Die oben erwähnten acht Kombinationen werden durch Kombination der Erdanschlüsse der Leitungen a, b und c gewonnen. Die Leitungen a, b oder c können über einen handbetätigbaren Schalter an Erde gelegt werden, doch kann auch die Strombegrenzungsschaltung 14 des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels des Elektronenstrahlofens dazu verwendet werden, den Pegel der Emissionsstrahlung in Abhängigkeit von den
Eigenschaften des Behandlungsgutes zu steuern. Die Erfindung schafft eine einfache Möglichkeit zur Ver- änderung bzw.
Wahl eines bestimmten Pegels einer konstanten Ausgangsstromstärke, ohne die Resonanzkreise, die einen Teil des Transformationskreises'zur Umwandlung einer konstanten Spannung in einen konstanten Strom bilden, zu beeinflussen.
Der Erfindungsgegenstand wurde vorstehend ausführlich an Hand von ein-und dreiphasigen Netzwerken beschrieben, doch ist es für den Fachmann ersichtlich, dass im Rahmen der Erfindung zahlreiche andere Anordnungen möglich sind.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrische Einrichtung zur Zuführung eines Wechselstromes mi ! einstellbarer, konstanter Amplitude an einen Verbraucher von veränderlicher Impedanz, mit einer Wechselstromquelle von im wesentlichen konstanter Spannung und konstanter Frequenz und mindestens einem an diese Stromquelle angeschlossenen Reihenresonanzkreis, der eine Induktivität und eine Kapazität aufweist, wobei der Verbraucher an einer zwischen der Induktivität und dem Kondensator liegenden Stelle des Stromkreises angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass als Kapazität ein erster Kondensator und wenigstens ein zusätzlicher Kondensator vorgesehen sind sowie eine Umschalteinrichtung, mit der der zusätzliche Kondensator wahlweise parallel zur Induktivität oder zum erstgenannten Kondensator schaltbar ist,
wobei die genannte Gesamtkapazität den zahlenmässigen Wert llwz L in Farad aufweist, worin w das 2'1r -fache der konstanten Frequenz und L der Wert der Induktivität in Henry ist.