DE1538284A1 - Elektrische Schaltung fuer die Versorgung eines spannungsabhaengigen Verbrauchers mit unidirektionalem Verhalten,insbesondere eines Magnetrons - Google Patents

Description

DipUng. K. M; backer DuBselaorf, den 2 Or Apr 1966

Patentanwalt . KH/B 4 153828Λ

Advance 'i'raneiormer Co. -950 Hort-h t< et.* lern Avenue

o, Illinois - ΙίϋΛ

Elektrische bch iliung IUr ale

aox'^unii eincu bi-uiuiuiA^a^bi Verbriucher^ mit unidirektion;löui Verhalten, inv-bt-con-iere einet; Magnetrons

Tie Exi'lnou&g betriii't eine e-ckcricche SehtIwUn₄, zur von t^e^eri üiit,nuuiifc,i-- uhWcukuu^eu öia^iinuiichtii uui. zur Führung von ünicirektioi». len ilci-.tioutu ix-Eiuri ϋβ^ί^ι.· ten Verbrauchern, uic eint- hohe iteüAieb. ^c-iunai^ fcjri'oxüfc,rii. in it;, empore eine , um zur Urzeugung iorti:-.w-.enaer V, el la η -^e eignete t: mi ο tinem ttxoik ^ieichbltibtnuti i-oliriwt zu

aie i-rfin^unti ^jruiKibutsiii.v.h-i'«x _ι*αυ i-.r^ νüju Vt,r~ uer ungegebe^eri . r; mit Vorteil tintet^bax' i.^t, to oll iut vorliegenden Rthraen der Über..ichiAic'h&ei-i h^lbtr in eriitui¹ Linie tiovh nur >u die * .,^e-zi
(bit hixgitetixürii* Bezug ^enomiaen werden

BADORiGlNAL¹ 009840/16O₁

Magnetrons stellen t,ypifciche epannungeempflndliche Verbraucher aar, deren bei -Betriebsspannung aufgenommener Anoden&trom sich schon bei geringfügigen bpennungsänderungen in starkem Maüe ancert. Magnetrons dienen bekanntlich sur £rseu^ung hochfre-

uenter \ eilen» üie uich ihrerueits beispielsweise für die Abgabe von Hochfre^uenzenergie eignen, wobei eine j-raict-ioche Ativ/enduntj- &twa auch i'iir υ fen, in beaonuere für die Zubereitung von biJöiaen, in Fra^e kommt.

Ji₁Iwiron «elbo L urueibet in einem magnetischen Feld «rroUer tij-t, aas von lest angeordneten Permanentmagiiutv-η, statt» aber üuch von klektromagneten erzeugt aei& kann. Sie in αem Magnetron erzeugten Schwingungen werden durch uie Belegung von einer erhitzten Kathoae emittierter Elektronen verursacht« die eich lungs gekrümmter oder spiralförmiger Bahnen innerhalb flugelartiger Vorsprunge bzw. Hohlräume des Magnetrons unter ueiu Einfluß des auf sie einwirkenden magnetischen Felues bewegen, wobei die erzeugten Frequenzen >n c^n geometrischen Aufbau des Magnetrone sowie aer üturke aet. magnetischen Feldes abhanden. Die Hochi'resLuen^energie des Magnetrons wird von einer Art Sonde, uie in uns Innere dee I-iagnetrons und in öle Bahn der spiralfüxiaig uialcuienuen Elektronen hineinragt, aufgefangen und zu dem damit zu epei^enuen Verbraucher mittelο Wellenleitern, koaxialen Kabeln oder uergleichen ubertr^en.

BADOBiGlNAt 0098A0/1601

Bei einer &unz elementaren Anvendung&iorci, z. B. bei Lineata .er von ceia HuiSnetron erzeugten HochiretiUenzenerfiie äur AuI-

einer üfönicaauaer, die etwa uer Zubereitung von Speisen , hun^t aas Verhalten des Mt-^netrone wuhrenu aee Betriebes in eraser Linie von uer Spannung8vereorgun& ab. Weitere Sch; Itkreiae, denen irgendwelche Bedeutung aukiuiie, Bind in einem Fail u^e^en nicht vorgesehen, et v/ixu weder eine

cei auoiiun^aseitifc; abgegebenen fellen noch sonet eine steuerung uer Aua^.vnoSleietuntj vor^enonaaen. Ire ten v^.her etwa Schwankungen in aer L^-annuniT üee Li fen-liehen Ketaee auf, so v/iiken ciieee sich, wenn keine besonderen Ma nahmen getroffen veroeii, ver^leichswei&e sti-x'k u\ii" ueu Verbxx.ucLei' f.us, w&c, v/ie veiter unten üt*rf:elet;t, recht η chteili^e Folien iia: u:iü im-:o- :ern nach Ilojlichteit zu vermeiden ist.

V/ie schon erw..hnt, dient zur Vert'or_uun£ uei ri&_une-tr-cns c t:

ν i lentliche Ke t ζ .Die W«chseleiannur_H, muv uann ι «r c^ev Iia₀netron' aui einen ausreichend hohen Vielt her:-.ui tn nalorniiex t mu in _foeei£,net,er «eiae fcleichjjerichtei wercen. Kai; erhi.lt c^uel puleierenoe Gleichspannungen in uer Grc^enorcnunt \:n S-OOC (süüu Volt, ui· an der Anoden-Kc.vhQcenatiecKe dee Ka_tnewrone anutehen.

Um aae Magnetron zum iSchwin^en au bringen, ist zun 'i.)\::\ eine slemlich- i,TO.ie b^annune erioiderlioh. iiuch j^ireict-en es

ncee ιϋβιΐΐ «witschen Anode unu Kaiiivut ein

BAD ORiGiNAL 0 0.9 8 A 0 / 18 0

btr-om, der zu der Anodenspannung jedoch in keiner linearen Abhängigkeit steht, vielmehr haben gerinne Spunnungeechwankungen starke Btromanuerungen aur Folg··

Im übrigen verhalt aich daa Magnetron aber wie ein positiver V-.idereta.nu inaoiern, alc ein Ana teilen der Spannung auch zu eine© ..usteigen des Stromes führt.

Uta weiter verstänalich au machen« welche Gesichtspunkte in Zusamenhcing mit Magnetrons und für zu ihrem Betrieb geeignete Sch&itungaaufbauten, insbesondere bei Anwendung für Ofen od. dgl. eine Rolle spielen, sei noch auf folgende wesentliche Forderungen hingewiesen, die im übrigen UmIiCh auch für Radargeräte, Kurzwellenprüfgerute, medizinische Gerate» allgemeine Laborausrüetungen etc. gelten:

i. Die Schaltung hoII mit einem müglichet hohen Wirkung8-grad arbeiten, so dt B einer beetimmten Eingo.ng6leistung ein Ma^imuia an AuBg&nfoSleietung'-entspricht;

ti. Sie Schaltung soll einen hohen Leistungsfaktor haben» eo UtLh der dadurch verborgte Verbrau her die fietzleletungen nicht mit unnötig hohen Blindströmen belaßtet;

•j-. 1 er bchaltungeaufbau soll eine möglichst konstante Auegange« leistung haben, um ao eine sichere und zuverlässige Arbeitsweise gewährleisten zu können;

009840/1601

BAD ORIGINAL

- 5 ■■-■■ ' ■ :

4. Der Gesamtaufbau soll so einfach und leicht wie möglich auch von weitgehend ungeschultem Personal hergestellt,

. zusammengesetzt, installiert und gewartet werden kennen;

5. Der Gesamtaufbau aoll nur geringen Raumbedarf haben, wenig wiegen, außerdem die Verwendung preiswerter Bauteile ermöglichen, so ciaii auch die Konten det gesamten Geratet; niedrig gehalten werden können.

Man hat bei bekannten bchaitungb-aufbauten der hier besprochenen Art für das Betreiben von Magnetrone echon verbucht, mit Eros mit i-uttigb^rem Kern, mit gesteuerten oilizium^l«ichriehtern una mit aufwendigen ^fIor schaltungen diesen Forderungen gerecht zu werden» aber mit keiner aer bekannten Schaltungen war es bisher möglich,, den unter t - 5 aufgezählten Forderungen in ausreichendem Ma^e, geschweige denn vollkommen zu genügen·

Durch die Verwendung von Iroüseln mit sättigbaren Kernen und i'orschaltungen lieu sich zwar eine gewisse Verbesserung hinsichtlich der Konstanz der abgegebenen Leistung erzielen, die jedoch insgesamt so unbedeutend blieb» daia trotzdem aufwendige Lei-tungetraneformatoren benotigt wurden» die Primaranzapfungen schon fur Schwankungen von mehr ala ein paar Volt in der Netistäpannung aufweisen mußten. Da die He ta Verhältnisse je nach AntchluLort verhältnismäßig stark variieren, wird ee unter diesen

BADORIGINAt 0 09840/1601

nden In der Pr a:-, it= natürlich teuer una ümst&nülich, aen

ngiiäuibau fur die Versorgung des Magnetrons in federn Einzelfall besonaeri; anzupassen. Derartige bekannte Sehaltungeauibauten zeichneten sich außerdem durch einen ungünstigen Leistungsfaktor aus, der die Leistungsabgabe infolge der Gesamtbe-1astung der Schaltung begrenzte. Eine Kompensation oder Verbesserung des Leietungßfaktors durch in das Hetζ eingeschaltete Kondensatoren war dabei nicht möglich.

Bei cen bekannten Schal tunken für die ßpeisung von Magnetrons kaiii es dann, nachuem uie Anlage an sich einmal richtig an die Netzverhal.tnisse angepaßt worden war, schon bei gerin^- f iglgein Ijetzspannungsabfall zu beträchtlichen Leistungsverlusten bzw. bei Anstieg aer üetisspannung um einige Volt infolge überlastung zum Durchbrennen von Sicherungen oder sogar zur Zerstörung, von Bau teilen.

Aufgabe vorliegender Brfindun^ ist es daher, eine öchaltung iür die Versorgung eines spannungsempl'indliciien und unidlreJctionalen Verbrauchers wie einem Magnetron zu schaffen, die sich mit einlochen Mitteln herstellen laut, Schwankungen der niedrigen Netzspannung ohne nennenswerten Einfluß auf den · Verbraucher laut, und die ie übrigen an das Hetz angeschlossen werden kann, ohne eine besondere Anpassung vornehmen zu müssen»

BAD ORIGINAL

A.

009840/1601

Ausgehend von diesen Erkenntnissen kennzeichnet sich eine Schaltungsanordnung zur Versorgung eines gegen Spannungs-Bcixwarucungen empiindlichen, zur Führung eines unidirektionalen Blektronenetroms bestimmten Verbrauchers mit. otrom ,gleichbleibender Polarität und hoher Spannung eriinaungSb-em^.., durch einen !ür&neiormafcor mit einem Hagnetkern, der eine Primärwicklung unu eine mit der Primärwicklung magnetisch lose gekoppelte Sekundtirwicklung trägt, deren Windungszahl die Windung» zahl der Primärwicklung Übersteigt und die über einen mit ihr in Reihe geschalteten Kondensator mit dem Verbraucher in Verbindung steht und dadurch daß ferner edndeetens ein einen fortlaufenden Stxoiafluß durch den Kondensator unabhängig von der Polarität der Sekundärepannung ermöglichender Rückschlußzweig vorgesehen ist.

Die Induktivität des Transformators und aie lose Kopplung von priB^r- und Sekundärwicklung sorgen dabei uaiür, üu.j auch bei verhältnismäßig starken upacnunfeschwaukunben aui der PriiUirseit· der aui der äekundarseite fließende Strom weitgehend konstant bleibt. Durch Abstimmung der iilindwiderst.jide dee Kondensators und der Sransformatorinduktivit .ten au:einander laut sich der gewünschte gute Leistungsfaktor erhalten, wobei aer besondere Eückechluüzweig sicherstellt, caw der Kondensator fortlaufend Strom führen kann unu sich nicht nur ein einziges Mal durch den über das Magnetron'nur'.

IADORIGiNAL

—^ 009840/1601

in einer Richtung fließenden btrom auflädt und dann im geladenen Zustand bleibt.

In der Praxis 1-ϋΐ sich so auch der Wirkungsgrad erheblich verbessern. Bei Anschluß der erlindungsgemküen Schaltung an eine übliche Netzleilung mit einer Wechselspannung von 20 Volt und 60 Hertz konnten bei Vollweggleichrichtung Ströme in der Gx-oiiencrcinung von 250 Milliampere erhalten werden» während die bekannten Schaltungen - gleiche NetζVerhältnisse und gleiche StroBuoun&hme vorausgesetzt - im günstigsten einen btrum von ca. 70 Millianpsre fahren konnten.

Weitere Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung sollen nachstehend anhand von Au^führungebeie^ielen in Verbindung mit aer zugehörigen Zeichnung erläutert werden. In der Zeichnung zeigern

Fig. ■ eine graphische Iareteilung des Verlaufes der Anodenspannung (in kV) eines typischen Magnetrone zur Erzeugung fortlaufender Wellen» aufgetragen Über dem zugehörigen Anodenstroza (in Amp.)}

Fig. £ d&s Schaltbild einer bevorzugten Schaltungsanordnung mit VollweggMchrichter für die Speisung eines Magnetrons;

009840/160T

^ einen wuerschni fct durch den Aufbau eines genial aer verwendeten Iransformatorej

Fig- 4 eine graphische Larsteilung der Abhängigkeit einiger für den Betrieb eines Magnetrons typischer Kennwerte in Abhängigkeit von aer Primär- bzw. Netzspannung (in Volt), wie sie sich bei Verwendung der eriinuungsgemäJjen Schaltung ergeben;

Pig. 5 ein etwas abgewandeltes Ausführungsbeiöpiel einer öch&£tung nach der Erfindung, bei der keine Gleichrieh tuaag der Sekundär spannung erfolgt;

Fig. & und 7 üehaltungen -weiter abgewandelter Autäführungebelüpiele nach der Erfindung, bei aer jeweils ein Paar van· Ma-g&etrons betrieben wird.

Wm einen besseren Überblick über die hier maßgeblichen Verh&ItniSBe zu etTß&lte&t' sei sunäch&t aie Kurve 0 in Fig. ι betraehtet, die eiiö gegenseitige Abhängigice it der vertikal und Kilovolt a^fgetr&g-enen Anocienöpannong. und des horizontal in

eingetrageneK Anoüenetromee des Magnetrons wiedergibt, erkeön-t, dtfö d.tfr" Anodeiistroa i» Bereich von etwa 5 Kilovolt rtieeh iSB3t#igt_f w«nn üie Spannung mm vergleichüweiae g#- ringfügig suÄdm«t, I;*r Seh-winjäunÄ-sziiB taöd in ued Mügnetron β teilt dabei er^t bei eiKem afitfoti-ieh hohen Spaanungewert ein, d»r

^AD ORieiNAL '

- iO -

etwa der stelle ehtfcprieht," an der die Kurve 0 beginnt. In uieuem Anfangübereieh heriachen an eich „jecioch keine stabilen Verh«ltnias© unu uieee- ütuck der Kurve iet daher, ala gestrichel ter Abschnitt ..: wietiergefceben. Ali; eigentlicher Arbeitsbereich körnen Spannungen in der Größenordnung von 5000 Volt und mehr in Frage, wobei alßo ein mittlerer ^.noüenstrom von beiöpielöweie < 5u Hi-lliuiapere schon bei kleinen öpannungsbchwünkun^en etarke änderungen erfahrt.

eian von einer iietZrwechßelBpannü»^ von etwa ^Q Volt uus, ao au;.; aieüe bpi.<nnung auf einen etwa 45 m£il so ^roisen Wert herauftranalormiert werden* um an uer bekunaärwicklung eine ij^annung der erforderlichen Grüüe jswiachen 5000 - 6000 Volt, im an^enosuaenen ?all also 5400 Volt, zur Verfügung"au haben. Wenn eich die Prim; rspannung dann auch nur um · Volt ändert, ao entspricht aas einer Änderung von aindeetens 45 Volt in der Sekundarwieklung» und da diese üpannungeijauerung in einem praktisch horizontal verlaufenden Abschnitt der ötrom kurve 0 stattfindet, so v«ranl«iBt di#8# geringfugige B Schwankung bereits eine erhebliche ötroaschwankung. Für ein einwandireies Arbeiten um» Magnetrone öind aber eehon sehr klein« ütioaschwankungen unaulaesig, w.hi-βηα Schwaniiuntien der ^•taapannung von «inigen Volt in lt#iner Weiae ungewöhnlich

WD ORIGINAL

In Fig. d ist eine bevorzugte Ausfuhrungsiortn einer bchaltung nach der Erfindung i'ür die Versorgung eines Magnetrone wieaergegeben. Das Magnetron selbst ist bei 20 schematiach angedeutet uiiu hut eine Aul i'angsotide ^2, die einen Wellenleiter 24 speiet, der seinerseits zu einem (in einen nicht dargestellten Oxen ragenden) Horn 26 führt. ler Wellenleiter 24 ist mit der bei Ü4 geerdeten Anode verbunden, ie Heizung einer Kathode 30 erlolgt über eine Heizwicklung ';_, die von der Sekundärwicklung 3b eines Höiztransformators 34 gespeist wird. Die von der bekunuärwicklung 56 abgegebene W-echselsponnung betrügt etwa 4,5 Volt und ist in der Lage, eine Leistung von etwa 20 VaLt IUr cvie Heizung der Kathode zur Verfügung au stellen. Die Primärwicklung ;>£ ist an eine geeignete Wechselspannungsquelle 40 angeschlossen, wobei hinsichtlich der V.'echselspannungsquelle in erster Linie an ein normales Versorgungsnetz mit einer Spannung von <iQ Volt und einer Frequenz von 60 Hertz gedacht ist. Ein übliches Magnetron «.υ kann dann ein Hochire^uenzfeld mit Schwingungen in uer Grüflenorcnung von einigen 000 Megahertz erzeugen, das ausreicht, um dieser Energie ausgesetzte Speise in kurzer Zeit zu erwärmen bzw. zu kochen.

Der bisher beschriebene Aufbau ist allgemein bekannt, ebenso wie die Ma nehme, eine Anodenepunnung von etwa 500u Volt scheu Kathode "ya und geerdeter Anode lü vorzusehen.

BAD ORIGINAL

009840/1601

/ft

eier Erfinaung ist ein 'Xraneloriaator 5ü mi ο seiner Primär·* wicklung 5t- an die Heizleitung 40 angeschlossen. Sofern im übrigen due Netz beispielsweise nicht eine Spannung von >dO, . ondern von etwa doppelter Größe, ale 240 Volt, liefert, eo kann eine Anpaeeung an diese Verhältnisse ohne weiteres vorgenommen werden. ·

Per Kern dee iranaformatorB ist in an eich bekannter Weise au· oluhlblech guter elektrischer c^uaiitut, etwa kornorientiertem Stahlblech, geschichtet oder gewickelt. Die von dem gemeinsamen Kern getragene bekunuία·wicklung 54 ist mit der Priiaorwidlung 52 nur loue magnetisch gekop_xjolt, was in der Priu.iu auf einfach· V/eiee entweder duaurch erreicht werden kann, ύιχΰ die i/rimtirurit.. die i.ekunaurvicklun^ iai« einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet uinC, oder äali auüerdeia noch ein magnetii eher Keben-..chlu.M, wie bei ^cjb angeaeutet, vorgesehen iut. lieber mugnetiüch· I*ebenuchlui> 56 kann mit dem eigentlichen Kern des Tranuiormatore eine Einheit bilden, ocer aber auch alts zueätzlicheu Bauteil In -en Kern eingesetzt uein.

Eine rakti ehe AUbfuhrungeform einet= Kernes itt mit Fig, > veranschaulicht. >tr IranArmatorkern net ein U-formiges Teil

mit einem äußeren Schenkel 6t _t einem inneren schenkel 64, owie einem die beiden Schenkel 6d, 64 verbindenden Joch 66.

. ■ . ■ ' . ■ IAO ORIGINAL -¹

0098 40/1601

Die offene Seite des ü-förmigen Ieiles 60 let durch ein bei 67 angrenzendes Brücken^tück 68, üul- gleichzeitig cien magnetischen Kreis vervollständigt, geschlossen· bt^tt der beschriebenen Form kommen ebenao andere Ausführungen in Präge. Lie Gctiuutbreite aee KeniL 6ü, 6ö betrug bei einem praktischen Beispiel etwa - cm, bei einer Gesamtlänge von Ca. «jO cm, wiihrend der zwischen Kebentichlui. 56 und Schenkel 64 begrenzte Luftspalt etv/a - mm stark war. Als Primärflußöichte■'v/uren ^ÖÖOO Gauß gewählt worden·

Aus Fig. Z ergibt sich weiter, da.. ein Anechluis der bekundärwiclclung 54 mit einem Kondensator 75 verbunden ist, der bei dem praktischen Ausführuixgsbeisxjiel eine Kapazität von 0, 'd5 Mikro-■f&rcdhatte und fur eine Spannung von mehr als 6^00 V_gff ausgelegt war· Diese ii^ annung steht an den Kondensatorkleiamen bei einer Primärspannung von ^O Volt an.

Die aus Kondensator 73 und Sekundärwicklung 54 gebildete Reihenschaltung ist dann an die lin^angsklemmen 72 und 74 eines VlerweggXeichrichters 76 c-.n^eschlossen, dessen eine ^us^angsklemme 78 jeweils positive und dessen zweite Ausgangsklemme BO Jeweils negative Polarität hat. Die positive Ausgan^sklemme 78 ist über den Leiter 86 an die Anode 28 des Magnetrons 20 un^eBchlos&en und gleichzeitig bei 64 geerdet, w hrena der ne&ative Pol BÜ über einen Leiter 90 und über den Heisfaden Jd mit der Kathode verbunaen iet. Der Strom bleibt natürlich ungesiebt, damit echte,

BAD ORIGINAL ^!

009 84 0/1601

titiv gehende Inipulfce für¹ die Speieung ue^ Magnetrone cO ^\ix Verfügung stehen. Die Polaritäten eier Linganguklfcimen 'U. unu 74 tmuern Eich naturgemäß mit jeuer H&lböchwingung, ti ο- dak der 7. ständig im leitenden Zuetcinu gehalten wiru.

Bei Inbetriebnahme der fcuhultung führt die Lekuncärwicklung einen voreilemien Wechselstrom, unu due Eisen toll aoaiia Bereich uer bekunü&rv/icklung dazu neigen, in aen »iatti^un^BZu- ^ti.iiu überzugehen. Bo kommt e^ bei aer Ausleihung aee 1'j.anal'or— lüiifcore 50 in'starkem Maße aarauf an_f die Fluüaichte eo einzustellen, ütito bei Betrieb und bei Leerlauf der erreicht wiru, aer zu dem gewünschten großen unu groben V/irkunge^rad Xuhx*t.

oobalu αΐϋ buttigung in aem ÜLeil des Eiaenkerns eintritt» uer den uekuuüiixflu.« fuhrt, wirkt ein voreilender Blindstrom auf i.en i-rimurkreiü zurück. Y<enn die Mnsteilung dabei so ist, daß fjer^ue der nacheilenue Blindwiderat^nü der Priailrwicklung, Itervorgerufen auxch die Inauktivitat aer i^>riEU,.rwiciclun_i; und aen von uer Primärwicklung aufgenommenen Mttirneiisierungaatroai, kompensiert wird, kann fur üie von der Ketzleitun^ 40 ab^egebeo» Li iütung ein großer Leietungöfsktor erreicht wei'cien. Ii#e Iu^t aich i;Ul verhultniemituig⁵ einfache Weise aadüxch verwirklichen, uuj die ..^ alkalischen Konatanten und üie Kemi^röJien der Schaltung so aufeinander abgestimmt werden» άίΐα bei Kurzechiuu aer Sekundärwicklung 54 über den Konuensator 'JJ die Primärwicklung §2 der Metrleitung nur einen Hinimaletroo entnioet. ie Bedeutung dieser Maünahae besteht

00 984 0/ 1SO1 ■ BAD ORIGINAL*

darin, dall ale voreilenden und neeheilenaen Bliiu.v<IuerStande det irl akrlrreises für ύ ie Gen Zustund unter allen Umetknueri in Gleichgewicht eind« In der Praxis erfordern die Koni, toi ten dann eine geringfügige tfachetellung w&hrena der eigentlichen Belastung» so dau auch noch der Einfluß der Verbraucherspannung und des Verbrauchertromee kompensiert werden kann.

Hit Flg. 4 ist weiter veranschaulicht, welche günstigen Ergebnlee· bsw. Werte eich durch den EinsatB aer erfindungögemäßen Schaltung XUr einige der für ein Magnetron wesentlichen Kenngrößen erslelen lau ε en. Im einseinen entsprechen uuriri die Kurve a aea Ketxetrpm (in Amp.)« die Kurve b uem iiei^tungsfaktor die Kurv· c der aus gutigeleittung (in Kilowatt) unu uie Kurve d den durch das Hagnecroii ilieutnaen otrom (in hillianpare).

Man erkennt, ui_:ii ü;-ü Magnetron eich ^rundu. t::lich v/ie ein Wiuerölt ι aktiver Kennlinie verhült, la Ge^encotz ü\x Gaeent-

, öle eine negc tive «iaerct .n.jtkemilinie haben. Paraue erhellt besondere, vie Überraschend ee igt, daß ein

u, wie er :-n t^ich für die Verwencung im Zuuammenlt derartigen GaeentlauungBröhren bekannt geworden ist, tich tateüchlich auch für die Versorgung von Mti^Tiutrona eignet* obwohl diese, wie ausgeführt, sich gerade entgegengesetzt verhulten.

BAD ORIGINAL

009840/1601

Einer der wesentlichsten Gesichtspunkte in der Ballast« oder ü trombegrenBertechnik im Zueanuienhang mit Gasentladungsröhren ist der Unterschied «wischen Leerlauf- und Betriebsspannung. Für eine gewöhnliche Gasentladungsröhre erfordert die Zünd- und Betriebsschaltung eine Leerlauf Spannung, die von £10 Jt bis herauf zu 300 f größer ibt ale die eigentliche Betriebsspannung. Insοlern würde man also nicht annehmen, daß in die Ballasttechnik gehörende Schaltungen auch nur in irgendeiner Form sinnvoll für den Betrieb eines Magnetrons eingesetst werden konnten, bei dem die Leerlaufspannung des Traneformatorβ hur einige Prozent größer ist als die Betriebsspannung des Gleichxrichters.

Die in Fig. 4 für die einzelnen Kennwerte dargestellten Kurven*» Küfc'e beziehen sich au eine Schaltungeauordnung genau Fig. 2· Bei einen SchwankuugsUereich von 0 bis 30 Volt Gleichspannung (was an sich eine beträchtliche Schwankung darstellt, mit der normalerweise nicht gerechnet zu werden braucht), undert sich der Netzstrom (Kurve a) nur um weniger alt Ampere, innerhalb eines Bereiches von .5 - 25 Volt sogar nur um O,j>-/impere. I-er in dem Ha^netron fließende Anodenstrom (Kurve d) schwankt in diesem Bereich um etwa >b Milliampere, aber in dem

etv/ati normaler i.nisuseheriaen Büreich von 0 Volt zwischen 5 unu 125 Volt nur um 25 Milliampere.

0098A0/1601

Für den Leistungsfaktor (Kurve b) ergeben eich besondere günstige Werte» die in einem Änderungsbereich von 5 - 30 ToIt stete die Größenordnung von etwa 0,95 beibehalten, hei kleiner werdender Spannung sogar noch großer ausfallen·

Entsprechend bleibt auch die Ausgangsleistung (Kurve c) des Magnetrons in dem gesamten in Frage kommenden Schwankungsbereich, in der angestrebten Weise im wesentlichen konstant.

Was die Kurven im übrigen nicht erkennen lassen, ist die Tatsache, daß auch bei hoher Le is tungs beanspruchung die Stromve 11 en und insoiern die pulsierende Spannung, die au! das Magnetron einwirkt, ohne Spitzen bleiben. las liegt in der Hixtür der Sache begründet, insofern als die ertinaungsgemäße Schaltung einen im wesentlichen konstanten 3troia liefert, und der sich ciaraue ergebende kleine Öehei fcelfaktor führt nur zu einer Verbreiterung der Form der Stromkurven, ohne dagegen eine Spitzenbilduriej zu veranlassen.

Das zuvor beschriebene /\utiuhrungsbeispiel kann in der Praxis eine Reihe von Abwandlungen erfahren. Solche abgewandelten Ausführungsbeiepiele sind mit den Fig. 5, 6 und 7 wiedergegeben. Ia Unterschied zu der bchaltungoanoranung nach i*ig. d, bei der von einer Vollweggleichrichtung Gebrauch gemacht wird, so daß aas daran angeschlossene Magnetron ^O fortlaufend von einem pulsierenden Gleichstrom durchflossen wird, ist bei diesen ORIGINAL ' "

■—~* 009840/1801

- .8 - ^v

Beispielen jeweils, nur eine.Einweggleichrichtung vorgenonsjen ν. or u en, ao da ίο die einzelnen Magnetrons auch Jeweils nur von den positiven ätromhalbwellen durchflossen werden, wahrend die negativen Halbwellen dee Stromes ohne £influß bleiben. Gleiche Hagnetrongroßen vorausgesetzt, ist demnach die Ausgangsleistung, aie von den Magnetrons ^U bzw. cQ* in Verbindung mit uen bchaltunken nach uqh Fig. 5-7 abgegeben wird, geringer ale die j Fig. - erhaltene.

Die ίίLhaltung der Fig. 5 stellt zunächst ein besonders ein- iuoheL· /,ußfühxuii^sbeia^iel der ErXindung dar. Eine einfache Gleichrichteruiiorcnung 76, bei^ieleweiae eine Eioue oder eine Mehrzahl in Durchlaßrichtung parallel seachc.lteter riocen, iet rait der ^ekuriuärwicklung 54 einerceit^ unu dem Kcnuen-ator 7 anaerer.-eitw in Redhe gesch.ltet una gleichzeitig mit ihrem positiven Pol - wieder über die Heizwicklung j.. - άϋ die Kathode .0, mit ihrem negativen Pol unmittelbar c-.ii wie Anoue dB aea l'Iagnetrona -ü angeschlossen« Wie achon in Fig. ., itt auch hier die ^node du wieuer über einen äiij 84 geerdet.

Wenn nun der den Konueneator Ί,- mit dem negativen Pol der Gleichrichteruioranung 76 una der Anode ί.8 verbindende Leiter 86 positiv, der aie eine ^nBchlui-klemme der Sekundäx-wicklung 54,, ^en positiven Pol der Gleichrichter-inordimng 76 und echliei-

BÄD ORIGINAL 0098A0/1601 ~~

lieh ui· Kathode .0 alteinander verbindende Leiter 90 dagegen negativ iet₉ bo kann Strom nur durch das Magnetron 20 von dessen Anode ü8 sur Kathode iO fließen, wahrend die Gleichrichteranordnung 76 io gesperrten Zustand bleibt. Viiru aer Leiter 86 dagegen negativ unu der Leiter 90 positiv, eo kann »war kein Strom durch das Magnetron flfeUen, jedoch ermöglicht die Gleicarichteranordnung 76, daß der Kondensator 73 unabhängig von der Sperrung des Magnetrone dO weiterhin stromdurchflossen bleibt.

Die Schaltung gemuü Fig. 5 eignet eich insbesondere luv eolche Anwendungefklle» bei denen es in erster Linie nicht so sehr uui einen besondere guten Wirkungsgrad ankörnt, alt; vielmehr auf einen übersichtlichen und einfachen Sch ltungcbau sowie darauf, die Grundkosten für die Schaltung selbst niedrig zu halten.

Mit Fig. 6 ist eine Schaltung wiedergegeben, bei der zwei Magnetrone έΰ und 20* von eines gemeinsamen iransl'ormator bO gespeist werden. Die beiaeit Magnetrons sind dabei in einer Art GegenUiktechaltung uogeschloseen, wobei jeues Magnetron abwechselnd wahrend einer Halbperiode btiom fUhzt.

Die beiden anöden ZQ und dQ* sinu über Leiter Ql. una 0^· unu einen ^nschluui 84 geerdet« Z ei Heistruneiora&ior 38 ist mit zwei voneinander isolierten Sekundärwicklungen 36 waä j

■■■■ v ■■■■ ■■■

BAD0RIG.NA1.' 00984071601

versehen, die die beiden Heizwicklungen 3«. und 32* «it der erforderlichen Heiζenergie beliefern. Ubtr die Heizwicklung je_t einen Leiter 00 sowie den Kondensator 73 ißt die Kathode 30 dee ersten Magnetrone £0 an die eine Ausgangsklemme der Sekundärwicklung 54 angeschlossen, wahrend die zweite Kathode i>ü* über die ihr zugeordnete Heizwicklung 32· und einen Leiter 100^f mit der zweiten Anschlußklemme der Sekundärwicklung 54 in Verbindung steht. In zur Schaltung nach Fig. 5 analoger Weise sind Kathode 30 und Anode 26 εοwie Kathode zQ^% um Anode 28' jeweils durch Gleichrichteranoränun&en 76 bzw. 76* überbrückt.

Im Betrieb verhult sich die Schaltung genau Fig. 6 im wesentlichen genauso wie die in Fig. 5 wiedergegebene Schaltung, nur eben mit dem Unterschied, daß bei der Schaltung nach Fig. 6 in jeder Halbperiode abwechselnd je ein Magnetron wirksam ist, uo daü die von der Schaltung insgesamt abgegebene Leistung wieder der Leistung der Schaltung gematt flg. 2 entspricht, £ ο lern im übrigen i;ür beide Fälle gleiche Bedingungen vorliegen·

Auch *» Fig. 7 betrifft «ine Schaltung für die Speisung von zwei Hagnetrons. Iu uiesem Fall ist es jedoch möglich, auf zusätzliche Gleichrichteronordnungen zu verzichten und einen Ruck&chluiteweig, Kit dessen Hilfe ein fortlaufenaer Stromfluä

ORIG

009840/1601

-zi - ■■;■' ..-"■ ^: ■■■■

durch den Kondensator Ij sichergestellt wird, unmittelbar durch die Magnetrone selbst zu bilden. Biese Schaltung nach Fig. 7 würde der Schaltung ηίcn Pig. 5 entsprechen, wenn in der Ietetgenannten Schaltung die Gieichrichteranordnung 76 in geeigneter Weise durch ein «weites Magnetron ersetzt würde.

Im übrigen Bind die Schaltelemente der Fig. 7 im wesentlichen dieselben wie in Fig. 6 unu insofern auch mit entsprechenden Bezugszeichen vergehen, jedoch ist in uieaea Fall die nicht an den Kondensator 73 angeschlossene iiuug&ng£.klemme der Sekundärwicklung 54 bei 84 geerdet, ebenso wie die Verbinüungsleitung iOO, 02* aer Anode <.$' mit der Kathode >0. Wenn der Leiter 02 sich auX positivem Potential befindet, gibt dann das er^te Magnetron ^O üchwingunguenergie ab, während das zweite Magnetron <:G¹ während dieser Zeit unwirksam bit,ibt. In der nächsten Halbperiode, in aer der Leiter 0<- sich auf negativem und der Leiter 00 sich aui positivem Potential befinden, bleibt das erste Magnetron iO vorübergehend außer Betrieb,, während t tt.ttüeueen dae zweite Hagnetron <.O* über aen Kanal ^6· seine Hochfrequenzenergie abgibt.

üie zuletat erläuterte Schal bung macht a..so zusätzliche Gleichrichten^Ordnungen entbehrlich, weil die ßleickrichtereigenachaften der Magnetrons selbst ausgenutzt werden. Allerdings ist es in diesem Pill erforderlich, daß die Magnetrone den während der Sperrphase anstehenden Spannungen entgegengesetzter Polung •tandzuhalten vermögen.

. 009840/1601

Wenn im übrigen in vorliegenden Rahmen von "konutaute* Strom" aie Rede ißt, so ist dabei in erster Linie gemeint» daß die Stromschwankungen sich in verhältnismäßig engen Grenzen hui ten· Der Ideairall wäre» daß über den ganzen Bereich der äetzspan-

keinerlei kChwankungen des Hagnetironatromes

eintreten würden. So strenge Anforderungen brauchen jedoch für ein einwandfreies Arbeiten des Hagnetrone nicht gestellt zu * werden. Sie in Fig. 4 gezeigten Kurven lassen ein leichtes Ansteigen des Magnetronstromes (Kurve d) bei i-nsteigen der heizspannung erkennen, aber ein Antieg innerhalb dieser Grenzen kann in der Praxis ohne weiteres in Kauf genommen werden, weil er zu keinen unzulässigen Belastungen des Magnetrons oder anderer Elemente der Schaltung führt. Jatsächlich ergibt sich ein ausgezeichnetes Betriebeverhalten.

Die Erfindung selbst ermöglicht es grundsätzlich, den Strom mit unterschiedlichen Genauigkeitsgraden konstant zu halben, die von den jeweils an den £>ch&l Lungsaufbau gestellten An- _orderungen abhLngen. Z. B. konnte eine bessere Stromkonelaiaz durch £rhöhung der äekundüre^annung ersielt werden» jedoch

äa_y keimen "üurch die Kosten für Bauteile, die dann &uch den höheren Spannungen standzuhalten vermögen, so et&xk «oiateigen, aai3 eine wirtechtitliche Verwertung sich nicht lohnt.

009840/1601

Ee muli ale ein wesentlic her Vorteil der Erfindung angesehen werden, daii sie eine weitgehende Anpassung der Schaltungakon·tauten an die jeweils herrschenden Bedingungen ermöglicht. Der der Kurve to entsprechende Leistungsfaktor kann z.B. für viele Fälle besser sein als erforderlich, und es konnten dann andere Kennwerte auf Kosten des Leistungsfaktor& günstiger gewählt werden.

Patentanspruch·s

009840/1601

Claims (1)

1. 5-"· «6-253

   Belegexemplar

   Darf nicht geändert werden

   iatentansprüche

   . Schaltungsanordnung sur Versorgung eines gegen Spannunge-Lchwankungen empfindlichen, sur Führung eines unidlrektioncilen Elektronen-trome bestimmten Verbrauchers mit; Ψ ' btromgleichbleibender Polarität und hoher Spannung, gekennzeichnet durch einen Trcruiiornitetor (50) sit einem Hagnetkern (66, 6ö), der eine Primärwicklung (5*0 und eine alt der Primärwicklung (.5'-) magnetisch loee gekoppelte bekundärwicklung (54) trügt, ueren Winüun^tiZtthl die Winder Primärwicklung (5^) übersteigt und die über

   einen iait ihr in Heihe geechälteteu Kondensator (7^) mit

   dadurch

   dem Verbraucher in Verbindung steht, unu/TaTTirner mindestens ein einen fortlaufenden Stromfluß durch den Kondensator (73) unabhängig von uex* lol^rit;-t der bekundareraoglichender Huckuchlu^üswelg vorgeaehen ist«

   L·. bchaltungeanoranunü nach Anspruch , dadurch gekennzeichnet, uaii aer Kuckechluusweig von uem Verbraucher zusammen mit einer Gleichrichterbrückenechaltung gebildet ist, deren Eingangeklemmen (72, 74) mit der Reihenschaltung aus

   BADQRJGJNAL

   009840/1601 ^~

   Sekundärwicklung (54) und Kondensator {!>) verbunden sinu und ueren Auagangeklenunen (7G# 80) mit de» Verbraucher in Verbindung stehen (Fig. d).

   5. Schaltunga«nordnunö nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daü al» iuukechlu-ijsweig ein einfacher Gleichrichter (76) vorgesehen ist, der die Reihenschaltung aus Sekundärwicklung (54) und Kondensator (73) in sur Durchlaßrichtung des Verbrauchers entgegengesetzter Durchlaßrichtung überbrückt (Fig. 5).

   4. Schaltungsanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet» dai» der Rückschlußzweig von einem dea Verbraucher in entgegengesetzter Polung par&llelgescluilte ten zweiten gleichartigen Verbraucher gebildet ist . 7).

   i?. uchultungsönordnui.^ nach ^na^ruch '· - 4, dttuuroh gekennzeichnefi, euw der iri-.risaoriaator (^O) einen geschlossenen Liaenkexn (60, 68) hat, aui üesaeu einem Schenkel (64) mi& Abstand voneinander und im wesentlichen koaxial zueinander uie irriaur- unu bekunuurwicitlurig (bt, 34) angeoiüiiät sind, uiiü uuti sich in dem Gebiet des Abstanus zwischen den beicen Wicklungen (5έ, i>4) innerhalb des von uem Kern (60, 6ü) umschlossenen Bereiches ein aiagnetischex K»b«nechlui (56) belindet, der sueaaeen Bit dem Kern (60, 6ü) einen Luftepftlt (7i) begren*t.

   009840/1601

   mm ^ mm

   6. Schaltungsanordnung nach. Anspruch 5» dadurch &ekennseich&*t_v uau der Magnetkern (t»0, 66) eicii bei Betrieb i» Bereich der Sekunaarwicklung (54) ia gesättigten Zustand beiindet·

   7. Schaltungsanordnung nach Anspruch -6, Jüdurcli gekennzeichnet, u&u ale Verbraucher ein zur Erzeugung ίortlau lender Wellen ^eei^snetee Magnetron (iüj 2ü^f) an^eechloesen ist,

   ü. Schaltun^aunoxdnun^ n^ch Anbruch - 7, dadurch gekennaeiehnec, dab der Kondensator (YjJ) eine Kapazität hat, uie bei normalem Betrieb der uchalutngeanoxanuno einen vureilenden utrom durch die Sekundärwicklung (!»4) ilieben lc.Ut.

   9. öchallun^sanordnung nach Anspruch - ά, dadurch gekennzeichnet, daii der l'r&neiorm^tur (5ü) einereeii^e und der Kondeneator {!>) anoereraeite bo auieinander tbgeetiemt ^ind, daü bei Kurzschluß der Lekundilrwicklung (54) über uen Kondensator {Jj) v«a der Primärwicklung (5^) üem vereorgencien Netz (40) bei fiennspannung nur ein vergleichsweise kleiner ötroa entnommen wird.

   0. Schaltungsanordnung nach ^ne^ruch 7 - 9* dadurch gekenr*- , »eichnet, au» üit» Anode (^u) aee Haguetrons C^-O) mit deui _roaitiveu jsfnl (7ö)-_t die Kathode (^U) α*» Kennetronn (20)

   - "·. BAD ORIGINAL 009840/1601 —'

   Th

   über «ine Wicklung (>a) xur indirekt·η Heilung der Kathooe (>ü) mit de« negativen Pol (80) der Gleichrichter fcruckenechaltung verbunden ist.

   n. Lchtlt-ungeanordnung nach Anspruch 0, dadurch gekennzeichnet, öaii die Kathode (kü) über einen Anachluü (ö4) geerdet iet.

   t. üchaltungbanordnung nuch Ane^xueh 7 -9, caaurcli gekennzeichnet, daß die Kathode (V0) ce& Magnetrona (i.0) unmittelbar über den Kondensator (7>) an die eine A nc chi u-itleaoe der Lekunciawicklung (i?4), die Kathode (,ü) aee Magnetrone (<:0) Über eine Heizwicklung (><-) an die eveite -•.riL-chlußklemaie aer »:eis.unu „rwicklun^, VM) un^et chlot:£fcn itt, una ti? ii Anode ti-b) un_v Kuthoüe (^u) curch tintn eritte^eugetietet sur Durchlu^richtung aec Mfegnetronu (<.ü) ^epolten Gleichrichter (76) verbunden tina (Fig. 3).

   13. bch^ltung-ctnordnung n.ch .\nupruch 7 - 9i auuurcU tiek zeichuet,'üuü ein erstem ifc^uetron (^u) unu ein zweitem Magnetron (<:Ü^f) Bit entge^en^eseteter Polung zueinander i-ur-llel geechc.li.et bind, jü de;. die Anode (üti) cet crt ten Hagnetrone (i:ü) über eine Heizwicklung (>^*) mit uer Kathode (;0*) dee «weiten Rugnetronc und die Anode (^8<) det eweiten Iu guetrontä (<-ü*) über eine Heizwicklung (<-)

   009840/1601

   It

   mit cer Kathode (:0) aee ersten Magnetrone (kQ) verbunden ist. unu Cvii fernex din .' noae (-ΰ) über den Kondensator (V ) an eic te An&cUiuükleuime uer bekundurwickluxi£ (i>4) unu öl·

   („ü) an die zweite ι ntchlu^klemaie der iiekuncn'rwick-(b4) c-n^eeclilociüon unct Über einen AnachluJ (Ü4) geerdet Fig. 7). . *

   14. üciikltungsanordnung n<-ch Anspruch 7 - 9» üi.uurch geicemi- ^eichnet, da.: die Anotie (eis) einea ersten Magnetrone (*-0) an.; axe Λ-ηοαβ (^B¹) eines zweiten Hsgnetrone (^u¹) miteinander verbunaen unu über einen Anschlug (UA) geeruet sind uiia ciu« die Kathoue (:Ό) aea ersten Ma^netröntä (^O) über eine Heiawicklung {.>*-) unu den Konaenaator (7-) an die erste ^neciiluüklerame üer bekundarwicklung (b4), öle Kathode Ou¹) cee zweiten Magnetrons (^U¹) über eine Heizwicklung (;>.-') unaiitieibcr un uie zv/eite /vnschlußklemae der iiekun-V rwicklung (34) an_fce6cUloö&en iet, unu a&li lerner beide Kathoden (^O; JG¹) jev^eile mit ihren Anocfen (2ö·, ÜÖ^f) über einen Gleich*icu^tü (70: Vo¹) vex bunten eind, ieeßen ,otiitiver xol eex Ktithoae (ίυ; ^υ') unu dessen negativer i-ol uer -inoae (26; ^d¹) sugeoidnet iüt (Fig. €»).

   009840/1601