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Einrichtung zum Betriebe von Röntgenröhren.
Wenn Hochspannungsapparate, insbesondere Röntgenröhren mit den gleichnamigen Abschnitten eines durch Hochtransformierung erhaltenen Wechselstromes in der Weise betriehen werden, dass man durch synchron arbeitende mechanische Hochspannungs-Unterbrecher oder eine Ventilanordnung (z. B. eine sogenannte Ventilzelle) oder auch durch eine eigens dazu eingerichtete Röntgenröhre im sekundären Hochspannungskreis jeden zweiten Wechsel ausfallen lässt, so treten beim Verlaufe dieser zweiten ausfallenden Wechsel freie Spannungen auf, deren Scheitelwerte sogar weit über diejenigen der nutzbar gemachten Spannungen hinausgehen.
Diese freien Spannungen zersetzen nicht nur durch Ausstrahlung die Luft und beanspruchen nicht nur die Isolierung der Drähte ganz ausserordentlich, sondern sie stellen auchrhöhte Anforderungen an den Unterbrecher bezw. die Ventilanordnung, insofern bei beiderlei Vorrichtungen nicht bloss die gewollten Spannungen, sondern die darüber weit hinausgehenden freien Spannungen zu berücksichtigen sind. Verwendet man einen umlaufenden Hochspannungs-Unterbrecher, so zwingt die Rücksicht auf die freien Spannungen zu einer erheblichen Vergrösserung des Durchmessers, damit zwischen den Kontaktstellen genügend grosse, das Überspringen der freien Spannungen sicher verhindernde Abstände entstehen.
Wird eine Ventilanordnung angewendet, so ist klar, dass an die Ventilwirkung, d. h. an das unterschiedliche Verhalten gegenüber Spannungen verschiedener Richtung besonders hohe Ansprüche gestellt werden, wenn die abzuhaltende Spannung höher als die durchzulassende ist. Dies gilt natürlich auch, wenn eine Röntgenröhre besonderer Einrichtung selbst als Ventil wirken soll.
Um mit reinem Gleichstrom zu arbeiten, hat man bereits bei mit primärem Gleichstrom und Funkeninduktor betriebenen Einrichtungen einen sekundären Hilfskreis angeordnet, um diesen durch einen mechanischen Unterbrecher in den Ruheperioden des sekundären Verbrauchskreises rhythmisch kurz zu schliessen. Es ist. noch nicht bekannt geworden, dieses Mittel bei Wechselstrom zur Unterdrückung oder Herabsetzung der freien Spannungen in der Weise entsprechend anzuwenden, dass der sekundäre Hilfskreis durch einen synchron arbeitenden Unter-
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. stände verursachten Schwankungen des Phasenwinkels nicht zu folgen vermag und einer fortwährende Regelung seines Phascnwinkels gegenü er der Netzspannung bedürfte, die aber
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Ermöglicht wird durch die vorliegende Erfindung die Herabsetzung der freien Spannungen ungewollter Richtung bei annehmbaren Kolstrktionsverhältnissen vermittels des bekannten
Hilfs-Sekundärkreises bei Wechselstrombetrieb dadurch, dass der Hilfs-Sekundärkreis über t eine elektrische Ventilanordnung (vorzugsweise eine elektrolytische Ventilzelle) geschlossen wird.
Die Ventilanordnung, deren Anwendung wiederum bei Gleichstrom-und Induktorbetrieb un- möglich wäre, weil sie - von anderen Gründen abgesehen - gegenüber der gewaltigen Spannungs-
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kreise vorliegend einen einwandfreien Betrieb, weil sie sich den Schwankungen des Phasenwinkels von selbst anpasst. Sie arbeitet überdies mit geringerem Energieverlust in den Wirkungperioden des Hilfskreises.
Die Wirkung des durch die Ventilanordnung gesteuerten Hilfskreises ist die, dass durch
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die Klemmenspannung der Primärspule und nach Massgabe des Übersetzungsverhältnisses natürlich auch die in der Sekundärspule des Verbrauchskreises induzierte (schädliche, ungewollte) Spannung wesentlich herabgesetzt wird. Voraussetzung ist für den Eintritt dieser Wirkung, dass der Primärspule des Transformators ein Ohm'scher oder induktiver Widerstand oder beiderlei Widerstände vol ! geschaltet sind. Wäre ein Widerstand nicht vorgeschaltet, so würde eine zeitweise Herabsetzung der Spannung der Primärspule trotz der starken Belastung des Transformators unmöglich sein, weil die Spannung von dem in diesem Zusammenhang als . inerschöpflich anzusehenden Netz aufrecht erhalten werden würde.
Dagegen ermöglicht der vorgeschaltete Widerstand bekanntermassen das ise Nachlassen der Primärspannung eines Transformators bei Belastung desselben durch die hierbei auftretende Verschiebung in der Verteilung des Spannungsgefälles im Primärkreis.
In dem Masse, als die schädlichen freien Spannungen herabgesetzt werden, werden auch die Strahlung und die Schwierigkeiten der Isolierung im Verbrauchs-Sekundärkreis vermindert.
Wird im Verbrauchskreis ein synchron arbeitender Hochspannungs-Unterbrecher (mit metallischer Berührung oder sich rythmisch ändernden Funkenstrecken) angewendet, so kann derselbe wegen Fortfalls der Rücksichtnahme auf die freien Spannungen viel kleiner werden.
Bemerkt sei hier im Hinblick auf das über die Untauglichkeit eines mechanischen Unterbrechers im Hilfskreis Gesagte, dass die bei diesen obwaltenden Schwierigkeiten bei dem Unterbrecher im Verbrauchskreis entfallen, weil wegen sehr hoher Spannung und verschwindend geringer
Stromstärke die etwa auftretenden Lichtbögen unschädlich sind, sodass sogar mit einem Hoch- spannungsunterbrecher ohne metallische Berührung gearbeitet werden kann.
Wird statt des mechanischen Unterbrechers im Verbrauchs-Sekundärkreis eine Ventil- anordnung angewendet, so wird durch die Herabsetzung der ungewollten Spannung die Ventil-
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Man kann aber auch durch das mit der Erfindung gegebene Hilfsmittel die Spannungen ungewollter Richtung so stark herabsetzen, dass sie durch den für eine bestimmte Anfangs- (oder Durchbruchs-) Spannung gebauten Verbrauchsapparat (Röntgenröhre) überhaupt nicht mehr hindurchgehen. Damit entfällt aber die Notwendigkeit der synchronen Unterbrechung im Ver- brauchskreis überhaupt : Es bedarf nicht mehr eines mechanischen Unterbrechers oder einer besonderen Ventilanordnung in diesem Hochspannungskreise, und es entfallen alle Schwierigkeitpn der Ausschliessung der ungewollten Spannung ; es bedarf nur noch der Tätigkeit der Ventil- anordnung in dem Hilfs-Sekundärkreis.
Aus diesen Gründen ist die vorliegende Erfindung nicht nur da von Nutzen, wo man
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die f4troIDstösse ungewollten Vorzeichens ausschliessen muss : Sie wird auch wegen der Einfachheit der Ausführung in vielen Fällen angewendet werden, in denen man bisher beide Stromrichtungen benutzte und die Stromstösse der einen Richtung in konstruktiv nicht ganz einfacher Weise umkehrte.
Die soweit beschriebene Erfindung kann aber auch dahin ausgebildet werden, dass nicht bloss eine Herabsetzung der freien Spannungen ungewollter Richtung, sondern ausserdem noch eine Erhöhung der Nutzspannung im Verbrauchskreise erzielt wird. Diese Erhöhung der Nutzspannung in den Wirkungsperioden des sekundären Verbrauchskreises geschieht durch Resonanzwirkung, und zwar wird zur Hervorbringung dieser Resonanzwirkung der Hilfskreis im Zu- sammenwirken mit der als Widerstand in den Primärkreiss eingeschalteten Selbstinduktion- anordnung (Drosselspule) benutzt.
Zu diesem Zweck wird entweder die in den Hilfskreis ein- geschaltete Ventilzelle durch entsprechende Abstimmung, d. h. geeignete Bemessung der Elektroden- grösse selbst zur mitschwingenden Kapazität gemacht, oder es wird eine besondere Kapazität (Kondensator) parallel zur Ventilanordnung in den Hilfssekundärkreis eingeschaltet.
Die Erfindung kann auch so ausgeführt werden, dass eine besondere Sekundärspule für den Hilfskreis erspart wird, indem Ventilzelle bezw. Ventilzelle und Kapazität über die Primär- spule geschaltet werden.
Auf den Zeichnungen sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung in der üblichen schematischen Weise dargestellt. Fig. l zeigt eine Schaltung mit Hochspannungsunterbrecher im Ver- brauchssekundÅar1. -reis, Fig. 2 eine Schaltung ohne besondere Unterbrechung im Verbrauchssekundärkreis. Fig : 3 zeigt eine Schaltung mit mitschwingender (resonant) Kapazität im Hilfs- kreis, Fig. 4 eine Schaltung ohne besondere Sekundärspule für den Hilfskreis (Sparschaltung) und mit mitschwingender Kapazität im Hilfskreis.
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In allen Figuren bezeichnet A eine Wechselstromquelle, Beinen Ohm'sehen Widerstand, C einen induktiven Widerstand (Selbstinduirtionaanordnung, Drosselspule) im Primärkreis, D die Primärspule, E die Sekundärspule des Verbrauchskreises, F den Verbrauchsapparat (Röntgenröhre), G die Sekundärspule des Hilfskreises (soweit eine solche vorhanden ist, H die Ventilzelle im HiMsskreiss.
Die Ventilzelle H ist in allen Fällen so angeordnet, dass sie die im Verbrauchssekundärkreis nicht gewollte Stromrichtung durchlässt, also den Hilfskreis bei Auftreten der nicht im Verbrauchsapparat F zu verwendenden Stromrichtung kurzschliesst. Dadurch wird bei gleichzeitigem Vorhandensein der Widerstände J9 und C (oder nur eines derselben) im Primärkreis der Transformator durch Kurzschluss des sekundären Hilfskreises stark belastet und die Klemmen spannung der Primärspule herabgesetzt.
Diese Herabsetzung der Klemmenspannung der Primärspule D bewirkt aber auch, dass die in der Sekundärspule E des Verbrauchskreises induzierte
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Nach Fig. 1 ist in den Verbrauchssekundärkreis @@@@synchron umlaufende mechanische
Unterbrecher J eingeschaltet, sodass der Verbrauchskreis während des Auftretens der ungewollten
Spannung geöffnet ist.
Anstelle des Unterbrechers J kann eine Ventilzelle oder eine zugleich als Ventilzelle wirkende
Röntgenröhre im Verbrauchskreis angeordnet werden.
Ein mechanischer oder elektrolytischer Unterbrecher kann aber auch nach Fig. 2 gris fehlen. Die Röntgenröhre ist ja doch für Spannungen, die unterhalb einer bestimmten Grenze (Durchbruchsspannung) liegen, undurchlässig. Wenn man also mit Hilfe der Erfindung die un- gewollte Spannung soweit herabsetzt, dass sie unterhalb der Durchbruchsspannung des Ver- brauchsapparates liegt, so bedarf es einer besonderen Steuerung des Verbrauchskreises nicht-
Dies gilt natürlich für andere Verbrauchsapparate als Röntgenröhren nur dann, wenn diese eben. falls erst bei Überschreitung einer gewissen Spannung den Strom durchlassen.
Nach Fig. 3 ist im Nebenschluss zur Ventilzelle H eine Kapazität-der Kondensator A- angeordnet. Während die Ventilzelle H den Strom von der im Verbrauchskreis ungewollten
Richtung durchlässt, die Sekundärspule G des Hilfskreises also belastet ist, ist die Kapazität A kurzgeschlossen und fällt die Spannung zwischen den Klemmen der Primärspule D zufolge des induktiven Widerstandes der Drosselspule C erheblich ab. Bei Auftreten der anderen (im er- brauchskreis gewollten) Stromrichtung, welche durch Ventilzelle H nicht hindurchgeht, nimmt dagegen die Sekundärspule 6'keine Energie auf.
Da nun die Sekundärspule E des Yerbrauchs- kreises vorläufig, d. h. bis zu dem zukünftigen Augenblick der Überwindung des Durchbruchs- widerstandes der Röntgenröhre F unbelastet ist, und nur der Leerlaufstrom durch die Drossel spule (f geht, so tritt jetzt nur ein ganz geringer Spannungsabfall zwischen den Klemmen der Primärspule D ein. Unter diesen Umständen setzt nun eine Resonanzwirkung ein, vorausgesetzt natürlich, dass die magnetisch gekuppelt in Reihe mit der Drosselspule C liegende Kapazität K derart ahgestimmt ist, dass sie mitschwingen kann. Durch dieses Mitschwingen wird eine erhebliche
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