Einrichtung zur Regelung der Klemmenspannung eines Stromverbrauchers. Zur Regelung der Klemmenspannung eines Stromverbrauchers ist es bereits bekannt, eine Entla.dun.gsrö:hre mit Regelgitter in Reihe mit diesem Stromverbraucher zu schalten und den Spannungsabfall in dieser Röhre mittels ihrer Gitterspannung zu rebeln. Die vorlie gende Erfindung bezieht sieh auf eine Ein richtung, bei der dieses Verfahren angewen- det wird.
Die in Reihe. mit dem Stromver braucher geschaltete Entladungsröhre mit Regelgitter wird nachstehend zum Unter schied gegenüber andern noch zu erwähnen- den Entladungsröhren, welche die Einrich tung enthält oder enthalten kann, als. Regel röhre bezeichnet:.
Ein besonderer Fall der Regelung der Klemmenspannung eines Stromverbrauchers mittels einer Regelröhre ist das Ein- und .Irisschalten des Stromes, also die Wahl zwi schen zwei Werten der Klemmenspannung, bei. denen einer der Nullwert ist.
Ein weite rer, besonderer Fall, in dem eine solche Re gelröhre Anwendung finden kann, ist das Konstanihalten -der Klemmenspannung eines Stromverbrauohers bei veränderlicher Speise- spa.nnung. Es ist möglich, hierbei den gleich bleibenden Wert der Klemmenspannung ein stellbar zu machen. Weiterhin kann die Klemmenspannung, anstatt konstant zu sein, eine beliebig wählbare, gegebenenfalls perio- clische Funktion der Zeit sein.
Die Erfindung schafft eine Lösung der Schwierigkeit für den Fall, dass der Gitter- kreis der Regelröhre hohe Spannung gegen über den Steuermitteln aufweist, mittels wel cher die Gitterspannung gesteuert wird (und die meistens Erdpotential oder ungefähr die ses Potential haben werden).
Gemäss einem früheren Vorschlag wird in einem solchen Fall ein Transformator ver wendet, dessen Primärwicklung an einen Spannungsregler angeschlossen und von der Sekundärwicklung gegen hohe Spannung iso liert ist. Diese Kopplung eignet sich nicht gut zur Schnellregelung, falls die vom Trans formator gelieferte.Spannung gleichgerichtet und geglättet werden soll.
Gemäss der Erfindung, die bezweckt, unter allen Umständen eine sehr schnelle Re gelung zu ermöglichen, ist mit den Steuer mitteln eine Magnetspule und mit dem Git terkreis der Regelröhre eine Entladungsröhre mit Elektronenentladung verbunden. Diese zweite Entladungsröhre wird im nachfolgen den als Steuerröhre bezeichnet. Die Elektro nenbahnen dieser Steuerröhre werden vom Magnetfeld der Magnetspule beeinflusst, und ihre Stromstärke wird mittels dieses Feldes g o eregelt.
Die Steuerung des elektrischen Stromes in einer Entladungsröhre mittels eines Ma gnetfeldes ist an sich bekannt. Zu diesem Zwüch ist eine Röhre von zylindrischer Ge stalt, mit zylindrischer Anode und einer in der Röhrenachse angeordneten Glüh kathode verwendbar. Diese Röhre wird der- art angeordnet, dass die Kraftlinien des Ma gnetfeldes in der Röhre parallel zu ihrer Achse verlaufen. Die Röhre kann zu die sem Zweck im Innern der Magnetspule bleichachsig zu dieser angeordnet werden.
Bei der erfindungsgemässen Einrichtung besteht ein grosser Unterschied zwischen dem Potential der Elektroden der Steuerröhre und dem der Magnetspule. Trotzdem ist der Strom der Steuerröhre auf einfache Weise und ohne Verzögerung durch Änderung des das Magnetfeld erzeugenden Stromes regel bar. Es ist z. B. möglich, wenn dieser Strom nur hinreichend stark gemacht wird, zu be wirken, da.ss die Elektronenbahnen so stark gekrümmt werden, dass die Gitterspannung der Regelröhre einen extremen -Wert an nimmt.
Dieser kann derjenige sein, bei dem die Klemmenspannung des Stromverbrau chers den Nullwert oder den Höchstwert hat, in Abhängigkeit von der Art, @vie die Steuer röhre mit dem Gitterkreis der Regelröhre verbunden ist. Auch kann die Eigenschaft ausgenutzt werden, dass bei einer Steuerröhre, in der ein Schirmgitter im Schattenraum eines Regel gitters angeordnet ist, bei steigender Intensi tät des Magnetfeldes der gesamte Elektronen strom zwar abnimmt, aber der Schirmgitter strom, der dem Unterschied zwischen dem Gesamtstrom und dem. Anodenstrom ent spricht, einen höheren Wert annimmt, da in folge der Bahnkrümmung mehr Elektronen auf die Stäbe des Schirmgitters gelangen.
An Hand der beiliegenden Zeichnung wer den nachfolgend einige Schaltbilder vor. .lus- führungsbeispielen erfindungsgemässer Ein richtungen näher erläutert. In der Zeicbnunt zeigt: Fig. 1 eine einfache Schaltung, bei wel cher der Strom ein- und ausschaltbar ist. Hierbei tritt also nur der erste, in der Ein leitung erwähnte, besondere Fall der Span nungsregelung auf; Fig. 2 ein Schaltbild eines Ausführungs beispiels, bei dem mittels der Steuerröhre die Klemmenspannung des Stromverbrauchers auf verschiedene Werte eingestellt werden kann.
Ein Stromverbraucher für hohe Span nung, der mit Gleichspannung gespeist wird und bei den eine genaue und schnelle Span nungsregelung erforderlich ist, ist eine Rönt genröhre. Daher enthält die Zeichnung zwei Schaltbilder, die sieh auf ein Röntgengerät beziehen.
Fig. 3 zeigt das Schaltbild einer Einrich tung, bei der mittels einer Steuerröhre und einer dieselbe umgebenden Magnetspule der Strom der Röntgenröhre ein- und ausgeschal tet und die Spannung der Röhre auf einen vorbestimmten Wert eingestellt werden kann, den sie beibehält, wenn auch eine be deutende Änderung der Spannung der Speise- duelle auftritt.
Fig. 4 zeigt das Schaltbild einer ähnli chen Einrichtung, bei der die Steuerröhre eine Fünfpolröhre ist. Auch befindet sich die Regelröhre auf der positiven Seite der Rönt genröhre anstatt auf der negativen, wie in Fig. 3.
In Fig. 1 sind ein Stromverbraucher 1, eine Regelröhre 2 und eine Steuerröhre 3 in der genannten Reihenfolge in Reihe mit einer Gleichstromquelle 4 geschaltet. Die Kathode der Regelröhre ist mit der Anode der Steuerröhre verbunden; das Gitter der Regelröhre ist mit der Kathode der Steuer röhre verbunden. Die Steuerröhre ist von einer Spule 5 umgeben, die an eine Strom quelle 6 angeschlossen ist. Mittels eines Schalters ? kann der Stromkreis der Spule 5 geschlossen werden.
Wenn der Strom fliesst, werden die Elektronenbahnen in der Röhre 3, die senkrecht von den Kraftlinien des Magnetfeldes der Spule 5 geschnitten werden, gekrümmt, und der -Widerstand der Röhre 3 und somit auch der Teil der Speise spannung, der auf die Röhre 3 entfällt, wäcli.st. Die Spannung an der RÖhr6 3 wirkt als negative Gitterspannung auf die Röhre ?. Bei hinreichend starkem Strom in der Spule 5 wird das Gitter der Röhre 2 so stark nega tiv, dass der Strom nahezu auf den Wert Null gebracht wird.
Durch Öffnen des Schal- ters 7 kann der den Verbraucher durchflie ssende Strom geschlossen und durch Schlie ssen dieses Schalters wieder unterbrochen werden.
Es mag zwischen dem Gitterkreis der Regelröhre 2, also zwischen dem Minuspol cler Stromquelle 4, den Elektroden der Steuer röhre 3 und der Kathode der Regelröhre 2 einerseits und den Steuermitteln, mittels denen die Gitterspannung der Regelröhre ge steuert wird, also dem Stromkreis der Spule :5 anderseits :eine grosse Potentialdifferenz be stehen. Für die Kopplung der Steuermittel mit dem Gitterkreis der Regelröhre ergibt dies keine Schwierigkeiten. Die Gefahr der Funkentladungen zwischen der Spule und der Röhre 3 kann durch ein geeignetes Isoliermittel, z.
B. eine Isolierflüssigkeit, wie Transfo:rmatoröl, behoben werden. Gewünsch- tenfalls kann der Stromkreis der Magnet spule 5 mit der Erde verbunden werden, wie dies bei 8 bezeichnet ist. Auf die beschrie bene Weise ist also der Strom eines Kreises, in dem eine hohe Spannung wirkt oder der als Ganzes ein hohes Potential gegen Erde hat, mittels eines mit der Erde verbundenen Schalters ein- und ausschaltbar.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Schaltung ist. eine besondere Stromquelle 9 für die Steuerröhre 3 vorhanden, an welche diese Röhre in Reihe mit einem Widerstand 10 angeschlossen ist. Der Spannungsverlust. in diesem Widerstand wirkt als negative Git- terspaunung an der Regelröhre 2.
Das Schlie ssen des Stromes in der Spule 5, die wieder als die Röhre 3 umgebend angenommen wer den soll, hat hier also eine entgegengesetzte Wirkung wie in Fig.1. Fliesst durch die Spule 5 Strom, so nimmt der Strom in der Röhre 3 ab, und die Spannung am Wider stand 1.0 sinkt. Dies bewirkt, dass die Röhre 2. die bisher infolge ihrer negativen Gitterspan nung gesperrt war, nun den Strom hindurch lässt. Infolge des Unterbrechens des Stromes in der Spule 5 wird auch der Strom des Ver brauchers 1 ausgeschaltet.
Die Klemmenspannung des Verbrauchers ist abhängig vom Widerstand der Regelröhre 2, also von der Stärke des Anodenstromes in der Röhre 3. Diese ihrerseits ist von .der Feldstärke des -Magnetfeldes der Spule 5, also von der Stärke des Stromes abhängig, der durch die Spule 5 geleitet wird. Folg lich kann durch Änderung dieser. Strom stärke die Klemmenspannung des Verbrau chers auf einen vorbestimmten Wert einge stellt werden. Zu diesem Zweck ist ein Regelwiderstand 11 mit der Spule 5 in Reihe gelegt.
Einem bestimmten Wert der Stromstärke des Spulenkreises entspricht ein bestimmter Wert der Klemmenspannung des Verbrau chers 1. Ein Messgerät 12 kann also in Ein heiten dieser Spannung geeicht werden.
In Fig. 3 bezeichnen 13 und 14 Konden satoren, die über Gleichrichter 15 und 16 in Greinacherschaltung geladen werden. Als Lade-stromquelle ist ein Transformator 17 wirksam. Stromverbraucher ist. die Röntgen röhre 18, dessen Kathode mit der Anode einer Regelröhre 19 verbunden ist.
Die negative Belegung des Kondensators 13 und die positive des Kondensators 14 sind mit der Erde verbunden. Diese Verbindung kann als der Nullpunkt der Schaltung be zeichnet werden. Die positive Belegung des Kondensators 13 und die: negative des Kon densators 14 haben hohe Spannung. Es ist nicht möglich, im Stromkreis der Röntgen röhre einen Schalter anzubringen, der von Hand betätigt werden kann. Sogar im Null punkt der Schaltung kann dies nicht ge schehen, weil beim Öffnen des Schalters hohe Spannung eintreten würde.
Diese Schwierigkeit kann in folgender Weise beseitigt werden. Der Nullpunkt der Schaltung ist reit der Kathode einer Drei polröhre 20, der Kommandoröhre, verbunden. Diese Röhre ist in einen Stromkreis einge fügt, der eine Stromquelle 21 und eine i@Ia- gnetspule 22 enthält. Gitter und Kathode der Röhre 20 sind miteinander durch eine negative Gitterspannungsquelle 23 und einen in Reihe mit ihr liegenden Schalter 24 ver bunden.
Die Spule 22 umgibt die Steuerröhre 25, die in gleicher Weise wie in Fig. 2 die Steuerröhre 3 geschaltet ist. Die negative Gitterspannung der Regelröhre 19 wird dem Widerstand 26 entnommen.
Ist der Schalter 24 geschlossen, so ist das Gitter der Röhre 20 negativ und die Spule 22 stromlos. Das Gitter der Regelröhre 19 ist in. diesem Fall gleichfalls negativ und die Röntgenröbre 18 stromlos. Durch Öff nen des Schalters 24 bewirkt man, dass die Spule 22 und infolgedessen auch die Röntgen röhre 18 von einem Strom durchflossen wird.
Gefahr einer hohen Spannung ist nicht vor handen, da der eine Pol des Schalters 24 unmittelbar und der andere über die Nieder spannungsquellen 21 und 23 und einen niedrigen Regelwiderstand 27 mit der Erde verbunden ist.
Das Gitter der Kommandoröhre 20 ist durch einen hohen Widerstand 28 mit der Anode und durch einen hohen Widerstand 22 <B>9</B> mit der Kathode der Regelröhre verbun- den. Wird der Widerstand der Röntgenröhre mit<I>r,,</I> derjenige der Regelröhre mit<I>r</I><U>.,</U> und die Werte der Widerstände 28, 29 und 27 der Reihe nach mit r,, <I>r4</I> und r, bezeichnet, so kann man,
wenn die Spannungen der Kon densatoren 13 und 14 mit V, und V., und die der Stromquelle 21 mit V, bezeichnet werden, folgende Gleichungen aufstellen:
EMI0004.0032
<I>'V#, <SEP> - <SEP> V, <SEP> + <SEP> iiri <SEP> + <SEP> zara</I> <SEP> - <SEP> 2.,r. <SEP> = <SEP> 0
<tb> T <SEP> 's <SEP> <B>+</B> <SEP> T'<B>_</B> <SEP> - <SEP> <B>24r4</B> <SEP> - <SEP> <B>Zürfi</B> <SEP> = <SEP> <B>0</B>
<tb> 2,f <SEP> - <SEP> 23 <SEP> -. <SEP> 25 Hierbei stellen <I>i,, 4, i4</I> und<I>i,</I> die Ströme in der Röntgenröhre 18 bezw. in den Wider ständen 28, 29 und 27 dar.
Wird da.s Verhältnis der Widerstände r, und r4 gleich demjenigen der Spannungen V, und V2 gewählt, so dass, wenn V, <I>=</I> pV2 angenommen wird, r3 <I>=pro</I> (im allgemeinen ist p =1), so kann durch Eliminieren von 2, und i4 aus :den vorstehenden Gleichungen abgeleitet werden:
4r, = 2"r" (p +1) -I- p #.r4 <I>- (p</I> + <I>1)</I> V3 Nun ist i,r, <I>=</I> V18 die Klemmenspannung der Röntgenröhre und i,r, =V27 der Span- nungsverlust über den Regelwiderstand 27. Hieraus folgt somit, dass:
EMI0004.0060
Darin kommen die Grössen Y, und Y2 nicht vor.
Bei einer Veränderung der Speise- spannung V = V, + TVZ ändert sich somit nicht die Beziehung zwischen TT,A und T-27. Änderungen der Klemmenspannung der Röntgenröhre veranlassen jedoch Änderun gen der Spannung V27, Die zuletzt er wähnte Spannung wirkt als negative Kom ponente der Gitterspannung an der Kom mandoröhre, welcher Komponente bei offe nem Schalter 23 die Spannung der Anoden stromquelle 21 entgegenwirkt.
Veränderungen der Klemmenspannung der Röntgenröhre sind von Änderungen die ser Gitterspannung begleitet und bewirken auch, dass sich der Strom in der Röhre 20 und somit der Strom in der Spule 22 än dert.
Was nun die Rückwirkung auf den Strom kreis der Röntgenröhre<B>18.</B> betrifft, so ist der Arbeitsgang folgender: Nimmt die Span nung der Kondensatoren 13 und 14 ab, so zeigt die Spannung an der Röntgenröhre eine Neigung zum Sinken und die Spannung V.=7 somit ebenso. Das Potential des Gitters der Röhre 20 zeigt eine Neigung zum Steigen und der Strom in der Spule 22 zum Wach sen. Wird dass Feld der Spule 22 stärker, so wirkt sich dies als eine Schwächung des Stromes der Steuerröhre 25, also Herabset zung der negativen Gitterspannung der Re gelröhre 19 und Verringerung des Wider standes dieser Röhre aus.
Infolge der Wirkung der Röhren 20, 25 und 19 stellt sich :die Spannung V27 annähernd auf den Betrag der Ausgleichsspannung V, ein. Durch Steuerung des Widerstandes 7-:i kann also die Spannung der Röntgenröhre geregelt werden; diese Spannung bleibt je doch innerhalb gewisser Grenzen konstant auf dem am Widerstand 27 eingestellten Be trag, wenn auch die Spannung der Kondensa toren sinkt. In Fig. 4 ist die Anode der Röntgenröhre 18 mit der Kathode der Regelröhre 19 ver bunden.
Die Kommandoröhre 20 ist in ähn licher Weise geschaltet wie in Fig. 3, und die Klemmenspannung der Röntgenröhre wird in der gleichen Weise durch Wider stände, 28 und 29 auf den Gitterkreis der Röhre 20 übertragen.
Im Regelwiderstand 27 fliesst nun der Strom umgekehrt wie bei der Einrichtung nach Fig. 3. Der Spannungsverlust in die sem Widerstand liefert also der Kommando röhre 20 hier eine positive Gitterspannungs- komponente. Dies hat verschiedene Konse quenzen.
Zunächst muss die Quelle der Ver- 0 (Y eichss _pannung mit dem Pluspol an den Nullpunkt der Schaltung angeschlossen -werden, denn sie muss nun eine negative Ausgleichsspannung liefern.
Dann muss eine besondere Stromquelle 30 zur Lieferung des Spulenstromes vorgesehen werden. Schliess- lieh muss die Steuerröhre anders geschaltet werden, weil bei sinkender Spannung der Röntgenröhre das Gitterpotential der Röhre ?0 sinkt und der Spulenstrom abschwächt.
Im Beispiel ist als Steuerröhre eine Fünf holröhre 31 verwendet. Das Schirmgitter die ser Röhre ist im Schattenraum des Regel gitters angeordnet. Hierunter wird eine solche Anordnung verstanden, dass die Stäbe des Schirmgitters 32, von Kathode 33 aus gesehen, hinter denen des Regelgitters 34 verborgen sind, so dass gar keine oder doch nur wenige von der Kathode ausgestrahlte Elektronen das Schirmgitter erreichen.
Die von der Anode<B>35</B> ausgesandten Sekundär elektronen treffen ebensowenig auf das Sehiringitter, da ein mit der Kathode ver- bundenes Gitter <B>36</B> zwischen dem Schirmgit- t.Fr und der Anode enthalten isst, das die Se- kundärelektronen zur Anode zurücktreibt. Wird das Magnetfeld zustande gebracht, so krümmen sich die Bahnen der Elektronen, und ein mehr oder weniger grosser Teil der Elektronen trifft auf das Schirmgitter.
Die Eigenschaft, dass der Teil der Elek tronen, der vom Schirmgitter der Fünfpol röhre abgeleitet wird, bei abnehmendem Spulenstrom sinkt, ist bei der Einrichtung nach Fig. 4 ausgenutzt. Die Anode der Röhre 31 ist direkt, das Schirmgitter 32 über einen Widerstand 37 mit dem Pluspol der Anoden stromquelle 38 verbunden. Bei abnehmen dem Schirmgitterstrom sinkt also die Span nung zwischen diesen Elektroden. Der Widerstand 37 verbindet die Kathode der Regelröhre 19 mit dem Schirmgitter der Steuerröhre, so dass er der Regelröhre eine bei abnehmendem Spulenstrom sinkende, ne gative Gitterspannung erteilt.
Die Empfindlichkeit der Regelung auf gleichbleibende Spannung kann noch dadurch gesteigert werden, dass an das Regelgitter 34 der Röhre 31 eine Spannung angelegt wird, die aus einer festen, von der Strom quelle 38 abgezweigten positiven Kompo nente und einer dem Strom proportionalen negativen, von einem Widerstand 39 gelie ferten Komponente besteht. Es wird in die sem Fall die Eigenschaft ausgenutzt, dass bei abnehmendem Spulenstrom die Summe des Anoden- und Schirmgitterstromes zunimmt, obgleich letzterer, einzeln betrachtet, ab nimmt. Bei zunehmendem Strom im Wider stand 39 sinkt das Potential des Gitters 34, und der Widerstand der Röhre 31 wächst somit.
Dies führt zu einem stärkeren Ab nehmen des Schirmgitterstromes und somit zu einer vergrösserten Empfindlichkeit in einem bestimmten Bereich auf kleine Ände rungen des Magnetfeldes.
Gewünschtenfalls kann zwischen der Fünfpolröhre und der Regelröhre ein Ver stärker eingeschaltet werden.