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Begrenzerschaltungsanordnung bei Konstanthalteeinrichtungen für Gleichspannungen
mit einer Regelröhre Bei den bekannten Anordnungen zur selbsttätigen Konstanthaltung
von relativ hohen Gleichspannungen mit einer Regelröhre kommt es des öfteren vor,
daß die Regelröhre durch eine über den Anoden-Kathoden-Klemmen auftretende Ausgleichsüberspannung
beschädigt wird. Dies ist insbesondere der Fall, wenn zuvor das nichtregulierte
Gleichstrompotential angelegt wird und dann unterbrochen oder herabgesetzt wind.
Die Vermeidung der bestehenden Schwierigkeiten ist der Zweck der vorliegenden Erfindung.
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Für eine Begrenzerschaltungsanordnung bei Konstantha.lteeinrichtungen
für Gleichspannungen, insbesondere für hohe Gleichspannungen, mit einer Regelröhre
besteht danach die Erfindung darin, daß zur Begrenzung der beim Ein- bzw. Ausschalten
der Spannungsquelle auftretenden positiven und bzw. oder negativen Ausgleichsspannungen
auf einen innerhalb der zulässigen Betriebsbedingungen liegenden Wert eine erste
Diode als Schaltdiode zwischen einem Pol der ungeregelten Spannungsquelle und dem
Steuereingang der Regelröhre und eine zweite Diode in Verbindung mit einer begrenzenden,
konstanten Gleichspannungsquelle vorgesehen ist.
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Damit wird in vorteilhafter Weise ein übermäßiger Spannungsabfall
der Ausgleichsspannung über der Anoden-Kathoden-Strecke der in einem Hochspannungsgleich6tromnetz
verwendeten Reihenregelröhre wirksam verhindert und die Lebensdauer der im Gleichstromnetz
vorgesehenen Regelröhre erheblich verlängert. Die gittergesteuerte Regelröhre läßt
sich danach gegen Beschädigung durch Ausgleichsspannungsimpulse mit einfachen Schaltungsmaßnahmen
schützen. Beispielsweise werden nach der Erfindung sowohl die Schaltdiode als auch
die Begrenzerdiode über einen Kopplungskondensator mit dem gleichen Pol der ungeregelten
Gleichspannungsquelle verbunden. Damit wird die Schutzschaltung nur wirksam, wenn
Ausgleichsspannungen sowohl der einen als auch der anderen Polarität auftreten.
Die Schaltdiode verringert beim Auftreten positiver Ausgleichsspannungen den Innenwiderstand
der Regelröhre, dg in diesem Fall eine positive Spannung auf das Gitter dieser Röhre
gelangt. Die Spannung zwischen Anode und Kathode ist damit stark herabgesetzt. Beim
Auftreten einer negativen Ausgleichsspannung wird die Begrenzerdiode leitend und
begrenzt diese auf den durch die angeschlossene Begrenzungsspannung gegebenen Wert.
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Die Erfindung sei nachstehend für eine beispielsweise Ausführungsform
an Hand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung stellt :die innerhalb der
gestrichelten Linie 1 A angegebene Schaltung eine ungeregelte Gleichspannungsquelle
dar. Diese Gleichspannungsquelle ist z. B. ein üblicher einphasiger Vollweggleichrichter
mit einem Widerstand R40 und zwei Kondensatoren C41 und C42 als Glättungsfilter.
Die positive Klemme P1 der ungeregelten Gleichspannungsquelle 1 A hat über den Widerstand
R 1 Anschluß zur Anode der Regelröhre T132. Diese Röhre T132 ist eine Pentode, deren
Kathode über die Leitung 10 geerdet ist. Die negative Klemme N1 der nichtgeregelten
Gleichspannungsquelle 1 A ist an die Leitung 11 angeschlossen. Zwischen der Minusleitung
11 und Erde liegt ein Kondensator C 1. Die Leitungen 10 und 11 sind durch eine aus
den Widerständen R 10, R 11 und R12 gebildete Reihenschaltung überbrückt. Parallel
zu den in Reihe liegenden Widerständen R 10, R 11 und R 12 ist ein Widerstand R
13 angeordnet.
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Außerdem sind Widerstände R4 und R6 durch die Leitungen 13 und 14
und Widerstände R5 und R7
durch die Leitungen 14 und 15 parallel geschaltet.
Die parallel geschalteten Widerstände R4 und R6 liegen in Reihe mit den parallel
geschalteten Widerständen R 5 und R 7. Die positive Klemme P 1 ist über die Leitung
12 mit der einen Seite ider aus den Widerständen R 4, R 5, R 6 und R 7 gebildeten
Widerstandsschaltung verbunden. Die andere Seite dieser Widerstandsschaltung ist
über den veränderbaren Widerstand R8 und über den Widerstand R 9 an die Leitung
10 angeschlossen. Nach der Zeichnung sind also stets der Widerstand R 1 und
die damit in Reihe liegende Regelröhre T132 mindestens von der aus den Widerständen
R4, R5, R6, R7, R 8 und R 9 bestehenden Winderstandsschaltung überbrückt.
Die
gestrichelte Linie 2A in der Zeichnung umschließt einen direktgekoppelten Verstärker
an sich bekannter Art. Da jeder der an sich bekannten direktgekoppelten Verstärker
in. der Anordnung nach der Erfindung verwendet werden kann, braucht die Arbeitsweise
des Verstärkers 2A nicht näher beschrieben zu werden. Für das Verständnis der Erfindung
genügt es zu sagen, daß der Eingang und Ausgang des Verstärkers 2_4 in Phase liegen
müssen., damit die in der Zeichnung gezeigte Ausführungsform des Erfindungsgedankens
richtig arbeitet.
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Das Bremsgitter G3 der Regelröhre h32 ist mit der Kathode, ihr Schirmgitter
G2 über den Widerstand R3 mit einer Spannungsquelle mit positivem Potential von
etwa 220 Volt und das Steuergitter G1 über die Leitung 16.4, Widerstand R2, Leitungen
16 und 17 mit der Klemme 0 verbunden, die die Ausgangsklemme des Verstärkers 2A
bildet. Außerdem ist die Kathode der rechten Diode der Doppel.diodenröhr° h33 über
die Leitung 16, den Widerstand R2 und die Leitung 16_4 an das Steuergitter der Röhre
h32 angeschlossen.
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Die Eingangsklemm° I des direktgekoppelten Verstärkers 2 A ist über
einen verstellbaren Abgriff mit dem Potentiometer R 11 . verbunden. Die geregelte
Gleichspannung, d. h. die Ausgangsspannung des Netzes, wird der Klemme l'2 zugeführt.
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Das hier dargestellte -spannungsregulierte Netz arbeitet folgendermaßen:
Wenn die regulierte Ausgangsspannung (Klemme R gegen Erde) dazu neigt, infolge einer
Zunahme der ungeregelten Gleichspannung oder bei einer Abnahme des Belastungsstromes
anzusteigen, wird das an der Eingangsklemme I des direktgekoppelten Verstärkers
2.4 auftretende Potential negativer. Da die Eingangsspannung und die Ausgangsspannung
des Verstärkers 2A phasengleich sind, wird, wenn die Spannung an der Eingangsklemme
I negativer wird, das Ausgangspotential an der Klemme 0 weniger positiv oder stärker
negativ. Da nun das Steuergitter der Regelröhre T'32 über die Leitung 16A, über
den Widerstand R2, die Leitung 16 und die Leitung 17 an die Klemme O angeschlossen
ist, nimmt, wenn die Klemme 0 weniger positiv oder negativer wird, der Spannungsabfall
an der Regelröhre d'32 zu. Entsprechend wird bei einer Abnahme der geregelten Gleichstrornausgangsspannung
infolge einer Abnahme der ungeregelten Gleichspannung oder einer Zunahme des Belastungsstromes
der Spannungsabfall an der Regelröhre h32 verringert. Diese Steigerung oder Abnahme
des Spannungsabfalls an der Regelröhre d'32 bewirkt, daß die regulierte Ausgangsspannung
im wesentlichen konstant gehalten wird.
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Das neuartige Mittel zum Schutze der Regelröhre h32 gegen einen übermäßigen
Ausgleichsspannungsabfall über ihre Anode zur Kathode bei Verwendung der Röhre in
einem negativen Hochspannungsausgleichstromnetz soll nun genauer beschrieben werden.
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Die Anode der rechten Diode der Doppeldiode h33 ist über den Kondensator
C2, über die Leitung 13 und Leitung 12 an die positive Klemme P 1 der nichtregulierten
Gleichstromspannungsquelle angeschlossen. Außerdem ist dieAnode der rechten Diode
der Doppeldiode d'33 über die Leitung 20 mit der Kathode der linken Diode der Doppeldiode
h33 verbunden. Die .Anode der linken Diode der Doppeldiode h33 erhält über die Leitungen
21 und 23 ein negatives Potential von 100 Volt. Die Kathode der linken
Diode der Doppeldiode l'33 liegt über den Widerstand R14 und über die Leitung 23
an -100 Volt. Der innere Schirm der Doppeldiode h33 ist über die Leitungen 22 und
23 an ein negatives Potential von 100 Volt gelegt.
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Die nicht regulierte Gleichspannungsquelle, die als einphasiger Vollweggleichrichter
innerhalb der gestrichelten Linie 1 A in der Zeichnung dargestellt ist, kann durch
Schließen des Schalters S1 eingeschaltet und durch Öffnen ides Schalters ausgeschaltet
werden Zum Zwecke der Erklärung soll zunächst das Netz im Augenblick des Schließens
des Schalters S1 betrachtet werden. Im Augenblick des Schließens des Schalter S
1 würde bei Fehlen der Schutzschaltung eine hohe positive Ausgleichsspannung über
die Anode zur Kathode der Regelröhre v'32 einwirken. Die hohe positive Ausgleichsspannung
liegt dann praktisch in der Größenordnung der vollen ungeregelten Spannung. Das
ist deshalb der Fall, weil weder der Kondensator C 1 noch der Kondensator C 3 ihre
Spannung verändern, d. h. sich sofort aufladen können. Nach der Zeichnung ist der
Kondensator C3 wirksam zwischen die Eingangsklemme i des direktgekoppelten Verstärkers
2A und die Leitung 11 geschaltet. Der Kondensator C 1 liegt wirksam zwischen der
Leitung 11 und Erde. Daher erscheint in dem Augenblick, in dem der Schalter S1 geschlossen
wird wegen fehlender Ladung des Kondensators C 3 oder Cl, das negative
Potential der Klemme N 1 der nicht regulierten Gleichstromquelle, das der Leitung
11 aufgeprägt wird, wirksam an der geerdeten Kathode der Regelröhre V33.
Das an der Klemme P 1 der nicht regulierten Gleichstromquelle auftretende positive
Potential wird über den Widerstand R 1 der Anode der Regelröhre L'32 aufgeprägt.
Außerdem wird, wenn die Eingangsklemme I des direktgekoppelten Verstärkers
2A negativ wird (im Augenblick der Schließung des Schalters S1 hat der Kondensator
C3 keine Ladung), die Ausgangsklemme 0 des Verstärkers negativ, und dieses negative
Potential prägt sich über die Leitungen 17 und 16, über den Widerstand R2 und Leitung
16A dem Steuergitter G1 der Regelröhre h32 auf. Dieses hohe negative Potential am
Steuergitter der Regelröhre h32 blockiert deren Leitfähigkeit, und die hohe positive
Ausgleichsspannung erscheint direkt über der Anode zur Kathode der Röhre h32. In
einem Hochspannungsnetz übersteigt diese Ausgleichsspannung die Betriebsspannung
der Regelröhre und beschädigt diese.
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Die Begrenzerschaltung nach der Erfindung arbeitet nun folgendermaßen:
Diese Schaltung schützt die Regelröhre im Augenblick der Schließung des Schalters
S 1. Beim Ansteigen des positiven Potentials an der Klemme P 1 der nicht regulierten
Gleichstromspannungsquelle wird dieses über den Widerstand R 1 der Anode der Regelröhre
h32 und über die Leitungen 12, 13 sowie über den Kondensator C 2 der Anode der rechten
Diode der Doppeldiote h33 aufgeprägt. Dadurch wird die rechtsseitige Diode der Doppeldiode
h33 leitend, und ein positives Potential wird über die Leitung 16, den Widerstand
R2 und über dieLeitung 16A dem Steuergitter G 1 der Regelröhre h32 aufgeprägt. Dieses
dem Steuergitter der Regelröhre h32 aufgeprägte positive Potential macht die Röhre
leitend. Auf diese Weise wird verhindert, daß die hoheAusgleichsspannung sich über
der .Anoden-Kathoden-Strecke der Regelröhre h32 entwickelt. Der Strom durch die
Regelröhre ist zu dieser Zeit nicht übermäßig, da er durch den inneren Widerstand
der nicht regulierten Gleichspannungsquelle und durch den Widerstand R 1 begrenzt
wird.
Beim öffnen des Schalters S1 erscheint eine hohe umgekehrte
Spannung, d. h. eine hohe negative Ausgleichspannung, über der Anode zur Kathode
der Regelröhre h32. In einem Hochspannungsnetz kann diese negative Ausgleichsspannung
die Betriebsspannung der Regelröhre beträchtlich überschreiten und diese beschädigen.
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Um nun eine Beschädigung der Regelröhre bei Ausschaltung des Netzes
zu verhüten, wird die Begrenzerschaltung nach der Erfindung wie folgt wirksam: Beim
öffnen des S chalters S 1 bildet sich sehr schnell ein Ausgleichspotential mit negativer
Polarität an de- -Klemme P 1 der nicht regulierten Gleichstromspannungsquelle. Dieses
negative Ausgleichspotential wird über den Widerstand R 1 der Anode der Regelröhre
V32 und über die Leitungen 12, 13, über den Kondensator C2 und über die Leitung
20 der Kathode der linken Diode der Doppeldiode l#'33 aufgeprägt. Wie bereits angegeben,
ist die Anode der linken Diode über die Leitungen 21 und 23 an ein -100-Volt-Potential
und außerdem auch die Kathode der linken Diode über einen Widerstand R 14 und Leitung
23 an .das -100-Volt-Potential gelegt. Wenn also das Potential der Klemme P 1 auf
einen Wert fällt, der negativer als -100 Volt ist, dann wird die linke Diode leitend
und verhindert, daß das Potential der genannten Klemme merklich unter -100 Volt
abfällt.
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Die Begrenzerschaltung, die im wesentlichen aus dem Kondensator C2,
der Doppeldiode T/33 und dem Widerstand R14 zwischen einer -100-Volt-Quelle, der
positiven Klemme der nicht regulierten Gleichspannungsquelle und dem Steuergitter
der Regelröhre besteht, zeigt, daß während der Arbeitsweise des regulierten Netzes
im stetigen Zustand die Anode der rechten Diode und die Kathode der linken Diode
der Doppeldiode T'33 ein Potential von etwa -100 Volt haben. Während der normalen
Arbeitsweise des negatioen Hochspannungsnetzteiles im stetigen Zustand ist keine
Diode der Doppeldiode h33 leitend.