DE1488993C3 - Schaltungsanordnung mit einem sekundärseitig Hochspannung abgebenden Transformator, insbesondere für einen Röntgengenerator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung mit einem sekundärseitig Hochspannung abgebenden Transformator, der in schneller Folge aus- und eingeschaltet werden kann, insbesondere für einen Röntgengenerator, und dessen magnetischer Kreis so ausgelegt ist, daß bei einmaligem Schalten keine unzulässig hohen Magnetisierungsströme möglich sind.

Wenn ein Transformator eingeschaltet wird, können — abhängig vom Einschaltaugenblick — Magnetisierungsströme unterschiedlicher Höhe fließen. Das gilt ausgeprägt, wenn der Transformator einen geschlossenen Eisenkern aufweist und hinsichtlich seiner Induktion normal ausgenutzt ist. Unter diesen Umständen können nach dem Abschalten Induktionswerte von bis 10 000 Gauß und mehr als Remanenzinduktion gespeichert werden. Infolge dieser Remanenzinduktion gibt es bezüglich der Höhe des Magnetisierungsstromes einen günstigsten und einen ungünstigsten Einschaltzeitpunkt. Bei der günstigsten Einschaltphase setzt der Magnetisierungsstrom nahezu in der Höhe ! des stationären Magnetisierungsstromes ein, bei der ; ungünstigsten Einschaltphase kann er dagegen Werte ; erreichen, die den Laststrom übertreffen. In diesem j Falle wird der Magnetisierungsstrom im wesentlichen ! durch den Spannungsabfall an den Widerständen des Primärkreises begrenzt. Dieser übermäßig hohe Magnetisierungsstrom ist in zweierlei Hinsicht unerwünscht. Erstens führt er zu einem anomalen Spannungszusammenbruch der Sekundärspannung nach etwa einer Halbperiode der Speisespannung, und

. zweitens verursacht er bei Einschaltzeiten des Transformators von etwa einer Halbperiode der Speisespannung unzulässig hohe Beanspruchungen der Schaltmittel (Schütze oder elektronische Schalter).

Beide Erscheinungen sind von großer Bedeutung für Hochspannungserzeuger, wie sie z. B. in der Röntgen-

' technik verwandt werden. Hier muß großer Wert auf konstante Röhrenspannung gelegt werden, und es werden Schaltzeiten von der Dauer einer Netzhalbperiode gefordert

Die geschilderten Nachteile entfallen, wenn man ^ statt der primärseitigen Erregung die sekundärseitige Last zu-und abschaltet. Dieser Weg ist aber aus technischen oder wirtschaftlichen Gründen oft nicht gangbar. Deshalb wird bei bekannten Anordnungen der Induktionszustand des Transformators nach dem Abschalten registriert und die Einschaltphase davon abhängig so gewählt, daß der Magnetisierungsstrom möglichst gering wird. Dabei muß aber die günstigste Einschaltphase abgewartet werden, was unter Umständen fast eine ganze Netzperiode dauern kann. Das ist mitunter unerwünscht, etwa bei solchen Röntgengeneratoren, die zwölfmal und mehr in der Sekunde geschaltet werden sollen, weil die zur Verfügung stehende Belichtungszeit, die ohnedies nur etwa 1,5 Netzperioden beträgt, dann noch um die Wartezeit verringert wird.

Bei einer durch die DT-PS 1 183 998 bekannte Schaltungsanordnung wird die Primärspannung immer in der gleichen Phasenlage eingeschaltet, wobei der Transformatorkern durch entsprechende Vormagnetisierung nach der vorhergegangenen Abschaltung den für die Einschaltphase günstigen magnetischen Zustand aufweist. Auch hierbei muß also mit dem Einschalten auf die günstigste Einschaltphase gewartet werden, was bei dem obenerwähnten Röntgengenerator die geschilderten Nachteile nach sich zieht. Ein weiterer Nachteil bei Anwendung dieser Schaltungsanordnung bei Röntgengeneratoren liegt darin, daß die kurzzeitig aufgebrachte Vormagnetisierungsleistung zu unerwünschter Strahlung der Röntgenröhre führt.

Schließlich ist es noch bekannt, den Eisenkern des Transformators mit einem Luftspalt auszustatten. Die dadurch erreichte Scherung der Hysteresekurve läßt die Induktion nach dem Abschalten auf einen weit niedrigeren Remanenzwert abklingen als im Falle des geschlossenen Eisenkernes. Wenn dabei mit realtiv niedriger Induktion gearbeitet wird, kann zu jedem beliebigen Zeitpunkt eingeschaltet werden, ohne daß unzulässig hohe Magnetisierungsströme auftreten; die Verhältnisse sind zwar niemals optimal, aber auch niemals extrem ungünstig. Das Einschalten folgt damit dem Einschaltkommando, ohne Undefinierte Wartezeit auf die

65. günstigste Einschaltphase, so daß die zur Verfügung stehende Schaltzeit voll ausgenutzt werden kann. Aber auch in diesem Falle kann sich ungünstig auswirken, daß wegen eines niedrigen geforderten Lastwiderstan-

des und der dadurch bedingten großen Zeitkonstanten der Strom bzw. die Induktion so langsam abklingt, daß bei schnellen Schaltfolgen der Remanenzwert für t = co nicht erreicht wird, bevor die nächste Einschaltung erfolgt Dann kann es zu einem Summationseffekt, einem Aufschaukeln des verbliebenen Induktionswertes kommen, was schließlich die eingangs erwähnten nachteiligen Folgen hat

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Transformator, der in schneller Folge primärseitig an Spannung gelegt und wieder abgeschaltet wird, unzulässig hohe Einschaltströme zu vermeiden. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Transformator — wie beispielsweise dem oben beschriebenen mit Luftspalt —, dessen magnetischer Kreis also so ausgelegt ist, daß bei einmaligem Schalten kein unzulässig hoher Magnetisierungsstrom fließen kann, gelöst durch Schaltmittel im Sekundärkreis, die beim Betrieb des Transformators mit schneller Schaltfolge ein Ansteigen des Sekundärwiderstandes nach dem Abschalten der Primärspannung bewirken. Dadurch wird die Zeitkonstante, mit der der Transformatorkern seinen stationären magnetischen Zustand erreicht, verringert. Der Widerstand im Sekundärkreis kann durch — gegebenenfalls stufenweises — Einschalten eines Widerstandes vergrößert werden, der während der Einschaltzeit des Transformators kurzgeschlossen ist. Es kann dafür auch ein spannungsabhängiger Widerstand verwendet werden, dessen Wert mit fallender Spannung wächst.

Bei Transformatoren, deren Sekundärspannung gleichgerichtet wird, ergibt sich eine weitere Ausgestaltung der Erfindung dadurch, daß in den Sekundärkreis eine gittergesteuerte Elektronenröhre geschaltet ist, die derart gesteuert wird, daß sich ihr Widerstand infolge des durch das Abschalten verursachten Absinkens der gleichgerichteten Wechselspannung vergrößert.

Schließlich kann man bei Röntgengeneratoren mit gittergesteuerter Röntgenröhre den Sekundärkreiswiderstand durch geeignete Steuerung des Gitters der Röntgenröhre vergrößern.

In allen diesen Fällen ist es nicht nötig, den Sekundärwiderstand unmittelbar nach dem Abschalten der Primärspannung zu vergrößern; vielmehr ist es vorteilhaft, wenn der Widerstand im Sekundärkreis erst eine definierte Zeit nach dem Abschalten bzw. nachdem die Sekundärspannung auf einen bestimmten Wert abgesunken ist, vergrößert wird, weil dann die Anforderungen an die Schaltmittel nicht mehr so hoch sind.

Außerdem kann es zweckmäßig sein, die Bauelemente zur Widerstandsvergrößerung einseitig zu erden.

Der Erfindungsgedanke soll an einigen in den F i g. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden. In den F i g. 1 bis 3 ist ein Transformator für einen Röntgengenerator gezeigt, wobei der Sekundärkreiswiderstand in F i g. 1 durch einen einschaltbaren Widerstand vergrößert wird, während dies in Fig.2 durch eine gittergesteuerte Röntgenröhre bzw. in

F i g. 3 durch eine gittergesteuerte Elektronenröhre geschieht.

In F i g. 1 ist mit 1 die Primärseite und mit 2 die Sekundärseite eines Transformators bezeichnet. Im Sekundärkreis befindet sich die über die Gleichrichtersysteme 3 mit Gleichspannung versorgte Röntgenröhre 4 sowie der mit einem Schalter 5 überbrückte Widerstand 6. Dabei sind die Schaltmittel zum öffnen bzw. Schließen des Schalters aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht näher dargestellt. Der Schalter 5 wird beim Einschalten der Primärspannung geschlossen und unmittelbar oder ein definiertes Zeitintervall nach dem Abschalten geöffnet bzw. dann, wenn die Sekundärspannung auf einen bestimmten Wert abgeklungen ist. Das erst nach einer gewissen Zeit nach dem Abschalten erfolgende öffnen hat den Vorteil, daß die magnetische Energie, die ja zunächst relativ rasch abnimmt, dann schon so weit abgeklungen ist, daß an den Schalter keine hohen Anforderungen gestellt werden müssen. Es kann auch ein spannungsabhängiger Widerstand 6, dessen Wert mit sinkender Spannung wächst, verwendet werden, und schließlich kann das Einschalten des Widerstandes auch stufenweise erfolgen.

In F i g. 2 haben die mit 1 bis 3 bezeichneten Teile die gleiche Bedeutung wie in Fig. 1. Zwischen den Erdpunkt und die Kathode einer gittergesteuerten Röntgenröhre 4' ist ein Hochspannungspotentiometer 7 geschaltet, an dem eine Spannung, die der an die Röntgenröhre gelegten Hochspannung proportional ist, abgegriffen und im Regelorgan 9 mit einer einstellbaren Sollspannung verglichen wird. Die Spannungsdifferenz wird gegebenenfalls verzögert über den Verstärker 8 am Gitter der Röntgenröhre in der Art wirksam, daß ein Absinken der Hochspannung das Gitterpotential negativer macht. Da beim Abschalten der Primärspannung die Hochspannung zusammenbricht, wird der Röhrenwiderstand durch die Gittersteuerung vergrößert. Weil der Röhrenwiderstand hierbei nicht unendlich, sondern nur größer werden muß, ist eine solche Gittersteuerung verhältnismäßig leicht zu verwirklichen, insbesondere wenn die Gittersteuerung verzögert und somit erst dann erfolgt, wenn die Hochspannung schon beträchtlich abgesunken ist.

In Fig.3 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt. Die Bezeichnungen 1 bis 9 haben dieselbe Bedeutung wie in F i g. 2, nur hat die Röntgenröhre hier keine Gittersteuerung. Statt dessen ist in den Sekundärkreis eine gittergesteuerte Röhre 10 geschaltet, die in der oben beschriebenen Weise so gesteuert wird, daß das Absinken der Hochspannung beim Abschalten eine Widerstandsvergrößerung der Röhre 10 zur Folge hat. Auch hierbei ist es vorteilhaft, die Gittersteuerung erst nach einer definierten Zeit nach dem Abschalten bzw. dann wirksam werden zu lassen, wenn die Hochspannung auf einen bestimmten Wert abgesunken ist, weil dadurch nur noch ein Bruchteil der ursprünglichen Hochspannung über der Röhre abfällt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung mit einem sekundärseitig Hochspannung abgebenden Transformator, der in schneller Folge aus- und eingeschaltet werden kann, insbesondere für einen Röntgengenerator, und dessen magnetischer Kreis so ausgelegt ist, daß bei einmaligem Schalten keine unzulässig hohen Magnetisierungsströme möglich sind, gekennzeichnet durch Schaltmittel im Sekundärkreis, die beim Betrieb des Transformators mit schneller Schaltfolge ein Ansteigen des Sektindärwiderstandes nach dem Abschalten der Primärspannung bewirken.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Sekundärkreis ein Widerstand (6) angeordnet ist, der während des Betriebes des Transformators kurzgeschlossen und nach dessen Abschalten —. gegebenenfalls stufenweise — im Sekundärkreis wirksamst.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der im Sekundärkreis angeordnete Widerstand (6) spannungsabhängig ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 zur Anwendung bei Transformatoren mit sekundärseitigen Gleichrichtern, dadurch gekennzeichnet, daß im Sekundärkreis eine Elektronenröhre (10) angeordnet ist, deren Gitter derart gesteuert ist, daß ihr Widerstand nach dem Abschalten ansteigt. l

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 zur Anwendung bei Röntgengeneratoren mit gittergesteuerter Röntgenröhre, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter der Röntgenröhre (4') so gesteuert ist, daß sich deren Widerstand nach dem Abschalten' vergrößert.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel zur Widerstandsvergrößerung erst ein definiertes Zeitintervall nach dem Abschalten der Primärspannung wirksam werden können.. . .

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel zur Widerstandsyergrößerung erst dann wirksam sind, wenn die Sekundärspannung nach dem Abschalten auf einen bestimmten Wert abgesunken ist.