Einricbtuug zum Aufladen eines Kondensators. Wenn das Bedürfnis nach einem starken, kurz dauernden elektrischen Strom vorliegt, kann man als Energiequelle einen KoÜden- sator verwenden, der mit einer verhältnis mässig geringen Stromstärke aufgeladen wird. Der Entladestrom kann viel grösser sein, als der grösste Strom, den die Lade stromquelle liefern kann. Die Aufladung des Kondensators dauert dann sehr lange im Verhältnis zur Entladung. Diese Art der Energiezuführung findet in Röntgenanlagen Verwendung.
Die für die Aufladung des Kondensators mit Hilfe eines Hochspan nungstransformators und einer Gleichrichter- einrichtung benötigte Zeit kann dabei mehr als das Hundertfache der Entladezeit des die Röntgenröhre speisenden Kondensators be tragen und die Aufladung des Kondensators belastet das Wechselstromnetz nur ganz wenig, während die aufgenommene Energie doch sehr erheblich ist.
Wird der Kondensator aufgeladen, so nimmt bei steigender Spannung am Konden- sator die Stärke des Ladestromes allmählich ab, konstante Impedanz im Ladestromkreis vorausgesetzt. Die grösste Anfangsstrom stärke, mit zier die Ladung des Konden sators eingeleitet werden kann, ist somit massgebend für die Geschwindigkeit .der Aufladung. Eine Verkürzung der Ladezeit erforderte bisher eine leistungsfähigere elek trische Anlage.
Erfindungsgemäss wird bei einer ge gebenen Netzleistung die Zeit, welche für die Aufladung des Kondensators nötig ist, dadurch verkürzt, dass zur Aufladung des Kondensators eine Stromquelle (gegebenen falls ein Transformator) benutzt wird, deren Leerlaufspannung diejenige Spannung, auf die der Kondensator aufgeladen werden soll (die Betriebsspannung), um 3.0 % oder mehr überschreitet, und dass, beim Erreichen der Betriebsspannung im Ladekreis des Konden- sators, Mittel zur Wirkung kommen,
durch welche ein weiterer Spannungsanstieg am Kondensator selbsttätig verhindert wird. Es können zu diesem Zwecke die Klemmenspan nung der Stromquelle herabsetzende Mittel vorgesehen werden oder es können Mittel verwendet werden, welche den Ladungsvor gang abbrechen, beispielsweise den Primär kreis eines den Kondensator über eine Gleich- richtervorrichtung aufladenden Wechsel stromtransformators unterbrechen.
Als eines der erstgenannten Mittel kann eine Entladungsstrecke (Funkenstrecke oder Gasentladungsröhre) dienen, die bei der Be triebsspannung durchschlagen wird und deren Stromaufnahme die Klemmenspannung der Stromquelle auf der Betriebsspannung festhält oder sie unter diese herabsetzt. Diese Entladungsstrecke kann bei einer mit -Wechselstrom gespeisten Einrichtung ent weder vor oder hinter der Gleichrichtervor- richtung angeschlossen werden.
Es empfiehlt sich aber, sowohl zwischen .dieser Ent ladungsstrecke und der Wechselstromquelle, als zwischen ihr, und dem Kondensator ein Ventil anzuordnen, um einerseits zu verhin dern,. dass der Kondensator an die Ent ladungsstrecke Energie zurückliefert, und um anderseits eine Energieaufnahme wäh= rend der nicht wirksamen Halbperioden des Wechselstromes zu verhindern.
Als Mittel zur Unterbrechung des Lade stromkreises kann ein spannungsempfind liches Relais benutzt werden, welches an einen Teil der Sekundärwicklung eines den Ladestrom liefernden Transformators ange- schlössen wird und bei einer der Betriebs- spannung entsprechenden Spannung den Primärstrom des Transformators ausschaltet.
Das Relais kann, wenn die Sekundärspan nung des Transformators dafür nicht zu hoch ist, auch zwischen den Enden der Se- kuncaärwicklung angeschlossen werden; bei Hochspannung wird aber zweckmässig eine Abzweigung, wie oben gesagt, verwendet.
Es ist klar, dass dieses Mittel nur für den Fall in Betracht kommt, dass der Spannungs abfall hauptsächlich im Transformator oder im Primärkreisstattfindet. Enthält der Hoch spannungskreis eine besondere zur Aufnahme. des Spannungsunterschiedes zwischen Wech- selstromquelle und Kondensator dienende Impedanz, so kann an diese ein Relais an geschlossen werden, das beim Sinken- der Spannung unter einen bestimmten Wert den Strom ausschaltet.
Das Relais darf nur auf die in den wirk samen Halbperioden auftretende Spannung, nicht aber auf die umgekehrt gerichteten Halbperioden ansprechen. Dies wird auf ein fache Weise mit Hilfe eines gasgefüll- ten Entladungsrelais (Entladungsröhre mit Steuerelektrode) erreicht; zwischen, dessen Steuerelektrode und Kathode die, für die Steuerung verwendete Spannung derart an gelegt wird, dass sie mit einer zwischen Anode und Kathode des Entladungsrelais angelegten Wechselspannung gleichphasig ist.
Das Entladungsrelais muss" wenn es an die Transformatorwicklung angeschlossen wird, durchschlagen werden, wenn die Kon- densatorspannung auf den Wert der Be triebsspannung. gestiegen ist. Zweckmässig wird vom Anodenstrom des Entladungsrelais ein Schalter bewegt, der unmittelbar oder unter ZwischeneehaItung einer weiteren Re- laisvorrichtung den.
Primärstrom des für die Aufladung dienenden Transformators .und auch den Anodenstrom. des Entladungsrelais ausschaltet..
Die Zeichnung veranschaulicht zwei Aus führungsbeispiele des Erfindungsgegenstan- des.
Figg. 1 enthält Spannungskurven, die zur Erläuterung des Prinzips dienen; Fig. 2 ist das Schaltbild einer Einrich tung, bei welcher die Spannung der Wech- selstromquelle nach Erreichen der Betriebs spannung durch eine Hilfsbelastung in Form einer Entladungsstrecke herabgesetzt wird;
Fig. 3 ist ein Beispiel einer Einrichtung mit einem den Ladestromkreis unterbrechen den Relaisschalter.
. In Fig. 1 stellt die Egponentialkurve I den zeitlichen Verlauf der Spannung Y an einem -Kondensator dar, der über einen Widerstand mit Hilfe einer Stromquelle, die eine Spannung El liefert, praktisch gespro chen bis auf diese Spannung aufgeladen wird.
Die Steilheit der Tangente an diese Kurve ist ein Mass für die Ladestromstärke. Im Ursprung ist sie am grössten (Gerade d,); allmählich wird sie geringer, bis sie nach einer Zeit t, praktisch gleich Null ist. Die Betriebsspannung E, ist dann praktisch ge sprochen erreicht.
Entsprechend der Biegung der Kurve dauert die Aufladung ziemlich lange, jeden falls viel länger als sie bei Aufla,dung mit gleichbleibender Stromstärke dauern würde. Man kann zwar durch Verwendung eines kleineren Widerstandes im Aufladestrom- kreis die Aufladezeit z. B. bis auf t, ver kürzen, aber dann muss die Anfangsstrom stärke vergrössert werden. auf den Wert, der der Geraden. <B>1,</B> entspricht.
Die Spannung steigt dann gemäss der Egponentialkurve IL Man ist aber in der Regel an eine höchstzu lässige Stromstärke gebunden. Wenn man mit der Anfangsstromstärke nicht höher gehen kann, als bis auf ,den der Geraden h entsprechenden Wert, so kann die Auflade zeit mit den zur Verfügung stehenden Mit teln nicht verkürzt werden, es sei denn, man würde die Impedanz im Ladestromkreis während. der Aufladung vermindern.
Erfindungsgemäss wird nun zum Auf laden dies Kondensators auf die Spannung Ei nicht eine Stromquelle mit .der Spannung E, verwendet, sondern eine solche, die eine merklich höhere Leerlaufspannung, z. B. die Spannung E2 hat. Die Anfangsstromstärke wird nicht höher getrieben, als im ersten Fall, die Gerade 1, ,sei also auch die Berüh rungslinie im Ursprung der Kurve III, ge mäss der jetzt die .Spannung am Kondensator ansteigt.
Diese Kurve nähert sich der Ge- ,raden V-E, nicht asymptotisch, sondern schneidet sie unter einem Winkel, der nur wenig von der Kurvenneigung im Ursprung verschieden ist, und zwar in einem Punkt, welcher der Zeit t@ entspricht. Auf diese Weise lässt sich also, ohne- dass die Anfangs- stromstärke vergrössert wird, die Ladezeit bequem herabsetzen. Die Kurven sind für kontinuierliche Gleichspannung gedacht.
Die Erfindung ist besonders von Bedeu- tung für den Fall, dass der Ladestrom von einem kleinen Transformator geliefert wird, der selbst .den Spannungsunterschied zwi schen Beginn und Ende der Kondensator ladung aufnimmt. Zur Ausführung der Er findung braucht man dann einen Transfor mator, der zwar eine viel höhere Sekundär spannung, dagegen aber einen grösseren Spannungsabfall (Streuung) hat.
Die An- fangsleistung, welche das Netz zu liefern hat, kann somit unverändert bleiben. Die Leerlaufspannung der Stromquelle muss, um eine Verkürzung der Aufladezeit zu erhalten, die praktisch von Wert ist, die Betriebsspan nung um wenigstens<B>30%</B> überschreiten.
Das ,Schaltschema der Fig. 2. zeigt einen Transformator mit einer Primärwicklung 1 und einer Sekundärwicklung 2. Der Trans formator wird von einem Wechselstromnetz 3 aus über einen Schalter 4 gespeist. Wird dieser Schalter geschlossen, so fliesst- von der Sekundärwicklung 2 über die Gleichrichter röhren 5 und 6 ein gleichgerichteter Strom, .der den Kondensator 7 auflädt. Der Ent- ladekreis des Kondensators ist nicht an ge geben.
Die Sekundärwicklung 2 und die Ventilröhre t5 werden von einer Entladungs strecke 8 - überbrückt. Handelt es sich um eine Hochspannungsanlage, z. B. zum Be triebe von Röntgenröhren, so kann diese Ent ladungsstrecke eine Funkenbrücke, sein. Sie kann auch aus einer gasgefüllten Ent ladungsröhre bestehen. Die Durchbruchs spannung dieser Entladungsstrecke muss der Betriebsspannung des Kondensators gleich sein.
Im Augenblick, wo diese Spannung er reicht wird, zündet die Entladungsstrecke 8 und muss nun so viel Strom aufnehmen, dass .die sekundäre Klemmenspannung des Trans formators nicht weiter steigen kann, ob gleich die Leerlaufspannung viel höher ist.
Infolge der Zündung der Entladungsstrecke 8 darf die Klemmenspannung des Transfor mators auch unter die Betriebsspannung sin ken, denn das Ventil,6 verhindert die Energie- Rücklieferung vom Kondensator aus: Natür lich darf die Stromaufnahme .der Entladungs= strecke nicht so gross, sein, idass -die Leistungs- grenze überschritten wird, was der Fall sein könnte, wenn die Röhre 8 einen geringeren Widerstand aufweist als die Röhre 6.
Die Ventilröhre 5 verhindert die Zündung der Entladungsstrecke 8 unter dem Einfluss .der in den nicht wirksamen Halbperioden auf tretenden vollen Leerlaufspannung (EZ in Fig.1).
In Fig..3 ist eine gasgefüllte Entladungs röhre 9 mit einer Glühkathode 10, einer Anode 11 und einer Hilfselektrode 12, die ein Entladungsrelais bildet, dargestellt. Die Sekundärwicklung 2 weist eine Abzweigung 13 auf, die über einen Schutzwiderstand 14 mit der als Steuergitter wirkende Hilfselek trode 12 verbunden ist. Ein Transformator mit einer Primärwicklung 15 und einer Sekundärwicklung 16 dient als Stromquelle für den Anodenkreis der Röhre 9 und lie fert auch -den Glühstrom für die Kathode dieser Röhre.
Im Anodenstromkreis liegt die Betätigungsspule 17 eines Schalters 1,8. In der gezeichneten Stellung schliesst dieser Schalter die in Reihe mit den parallel ge schalteten Transformatorwicklungen 1 und 15 liegenden Kontakte 19, und 2'0, so dass die beiden Transformatoren unter Spannung stehen. Die Abzweigung 13 ist an einen solchen Punkt der .Sekundärwicklung 2 ange schlossen, dass in .dem Augenblick, wo die Spannung am Kondensator bis auf den Wert .der Betriebsspannung gestiegen ist, das Steuergitter 12 das Potential hat, bei dem die Röhre 9 durchschlagen wird.
Der Strom in der Wicklung 16 kann dann fliessen und die Spule 1<B>7</B> legt den .Schalter 1-8 um, so dass die beiden Transformatoren stromlos werden. Der Kondensator, der nun die gewünschte Betriebsspannung hat, wird nicht weiter auf geladen und kann die in ihm aufgespeicherte Energie z. B.. an eine Röntgenröhre 21 ab geben. Die Mittel zum Einschalten des Ent ladungsstromes sind nicht angegeben.
In be kannten Einrichtungen geschieht dies durch Aufheizung der Glühkathode der Röntgen röhre oder mit Hilfe eines Hochspannungs schalters im Anodenkreis der Röntgenröhre. Will man den Kondensator nach seiner Ent- ladung wiederaufladen, so hat man dazu den. Schalter 18 mit .der Hand wieder in die ge zeichnete .Stellung zu bringen.
Selbstverständlich können weitere Relais anordnungen verwendet werden, wenn dies erwünscht sein sollte. So kann das Aus schalten des Schalters 18 mit einer Ein schaltvorrichtung für den Entladestrom des Kondensators zwangsläufig verknüpft ;sein und der .Schalter 1,8 kann für die Wieder einschaltung ferngesteuert werden. Haupt sache ist, dass die Röhre in dem richtigen Moment leitend wird und demzufolge- die Ausschaltung des Ladestromes stattfindet.
Um die Spannung, bei der die Ausschaltung stattfindet, etwas variieren zu können, ist die Abzweigung 13 verstellbar gemacht, das heisst es werden zweckmässig mehrere Ab zweigungen vorgesehen, zwischen denen man die Wahl hat.
Die Erfindung ist besonders von Bedeu tung für Röntgenanlagen zur Herstellung von gezielten Aufnahmen, da es bei solchen Aufnahmen erwünscht ist, die Verzögerung zwischen dem Einschalten des Ladestromes und dem Einschalten des Entladestromes möglichst gering zu halten, wenn sie auch immer noch um sehr viele Male grösser als .die Belichtungszeit sein darf. Auch für kinomatographische und andere Serienauf nahmen mit mehreren Kondensatoren .ist die Erfindung wichtig, da sie eine geringere Anzahl von Kondensatoren nötig, bezw. eine grössere Anzahl von Bildern pro. Sekunde möglich macht.