DE2907580A1 - Verfahren und anordnung zur erzeugung einer geglaetteten spannung aus drehstrom - Google Patents
Verfahren und anordnung zur erzeugung einer geglaetteten spannung aus drehstromInfo
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Description
14. Februar 1979 79502
LEYBOLD-HERAEUS GmbH
Bonner Straße 504
Bonner Straße 504
5000 Köln - 51
Verfahren und Anordnung zur Erzeugung einer geglätteten Spannung aus Drehstrom
"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Erzeugung
einer von überwelligkeiten weitgehend freien, konstanten Spannung U aus Drehstrom unter Verwendung von
Glä'ttungsmitteln für Verbraucher, insbesondere zur Hochspannungsversorgung
von Elektronenstrahlquellen.
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Es ist seit langem bekannt, aus Drehstrom durch Gleichrichtung einen pulsierenden Gleichstrom zu erzeugen, dessen Oberwelligkeit durch Glättungsmittel, wie
beispielsweise Kondensatoren, verringert werden kann. Bei Elektronenstrahlkanonen, die flir die Materialbearbeitung
wie Schweissen, Bohren, Fräsen, Schmelzen und Verdampfen verwendet werden, mlissen Größe und Lage des sogenannten
Brennflecks auf dem zu bearbeitenden Werkstoff möglichst genau eingehalten werden. Unter "Brennfleck" wird der
jenige Teil der Materialoberfläche verstanden, auf die
der Elektronenstrahl auftrifft. Der Querschnitt des Brennflecks entspricht infolgedessen dem Strthlquerschnitt, der
aufgrund elektronenoptischer Abbildungsgesetze der Projektion der Strahlquelle (Katode) proportional ist. Bei Elektronen-
Strahlkanonen bestimmt vor allem die Qualität der Hoch
spannungsversorgung die Qualität des Brennflecks. Unter der Qualität der Hochspannungsversorgung 1st hier deren
OberwelUgkeit und deren Ausregelgeschwindigkeit bei Störgrößen zu verstehen. Diese Qualität kann entweder durch
Einsatz von Elektronenröhren auf der Hochspannungseite oder von Transistoren 1n verschiedenen Schaltungsanordnungen
auf der Primärseite des Hochspannungstransformators erreicht werden. Der Einsatz von Elektronenröhren ist jedoch wegen deren Hochspannungsfestigkeit, Wärmeentwicklung
und Lebensdauer nur begrenzt möglich. Der Einsatz von
Transistoren 1st wegen deren Leistungsbegrenzung nach oben
hin eingeschränkt.
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fahren zur Erzeugung einer von Oberwelligkeiten weit- ' gehend
freien, konstanten Spannung U aus Drehstrom anzugeben, welches mit Halbleiter-Stellgliedern auskommt und dennoch im
Stande ist, elektrische Leistungen in einer Größenordnung, wie sie beispielsweise für die Leistungsversorgung von Elektronenstrahlquellen
benötigt werden, trägheitsarm und praktisch oberwellenfrei auf einen konstanten Spannungswert einregeln
zu können.
Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs angegebenen Verfahren erfindungsgemäß dadurch, daß man die
Spannung U in zwei Teilspannungen U\ und Ug aufteilt, wobei
die eine Teilspannung IK mindestens 80 % der Spannung U beträgt,
daß man die Teilspannung U1 in an sich bekannter
Weise lastunabhängig konstant hält, daß man die Spannung U erfaßt und mit einer Sollspannung Ug vergleicht, daß man
die Differenz dU = Ug - U dazu verwendet, die Teilspannung
Ug in der Weise nachzuregeln, daß die Momentanwerte von dU
ein Minimum darstellen, und daß man die Teilspannungen U^
und Ug additiv dem Verbraucher aufschaltet.
Die Erfindung beruht im Prinzip darauf, eine Spannungsteilung
bzw. Leistungsverzweigung durchzuführen und nur einen kleinen Teil der Gesamtleistung, definiert durch das Verhältnis der
Teilspannungen, so auszuregeln, daß die Restwelligkeit ein
Miniraum darstellt. Auf die angegebene Weise ist es möglich,
mit einem äußerst geringen Regel aufwand eine außerordentlich
konstante Gleichspannung zu erzeugen., die für die Leistungs-
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Versorgung von Elektronenstrahlquellen sehr gut geeignet ist
und zu einem Brennfleck mit weitgehend konstanten Daten führt.
Eine besonders vorteilhafte, weil einfache Schaltungsanordnung
für eine Spannungsquelle ist im Unteranspruch angegeben.
Ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung und ihres
Funktionsprinzips wird nachfolgend anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine vollständige Schaltungsanordnung einer
Spannungsquelle gemäß der Erfindung, und
Figur 2 den zeitlichen Verlauf der Teilspannungen Ll, und U2 sowie der Gesamtspannung U.
Gemäß Figur 1 besteht die Anordnung aus zwei Tejlspannungsquellen G^ und Gp· Die TeiIspannungsquelle G, enthält einen
3-Phasen-Transformator 1 mit einer Primärseite la und einer Sekundärseite Ib, einen Gleichrichter 2 mit den Ausgängen _.-2 a und 2 ß, sowie ein Thyristor-Stellglied 3 mit
einem Eingang 3a und drei nicht näher bezeichneten Ausgängen, die der Primärseite la aufgeschaltet sind. Zur Teilspannungs
quelle G, gehört auch ein Spannungsregler 4, dessen Eingang 4a
eine Vergleicherstufe 5 aufgeschaltet ist, die ihren Sollwert (Teilsollspannung) U , über einen Sollwertgeber 6, erhält. Der
Ausgang 4b des Spannungsreglers 4 ist dem Eingang 3a des Stellgliedes 3 aufgeschaltet. Zwischen den Ausgängen 2a und 2b
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des Gleichrichters 2 liegt die Teilspannung U^ an, die
mindestens 80%, vorzugsweise 90 bis 95% der Gesamtspannung U ausmacht. Der zeitliche Verlauf der Teilspannung U-^ ist in
Figur 2 dargestellt. Parallel zum Gleichrichter 2 kann noch ein Glättungsmittel bekannter Art, beispielsweise
ein Kondensator 7 angeordnet sein, dessen Kapazität so gewählt wird, daß einerseits die Welligkeit der Teilspannung
Uj hinreichend klein ist und andererseits die Leistung
der nachfolgend noch näher beschriebenen Regelstufe möglichst gering gehalten wird.
Die Teilspannungsquelle Gg enthält einen Einphasentransformator
8 mit einer Primärseite 8a und einer Sekundärseite 8b, einen Gleichrichter 9 mit den Ausgängen 9a und
9b, sowie auf der Niederspannungsseite des Transformators ein Stellglied 10, welches im vorliegenden Fall als
pulsbreitenmoduliertes Transistorendstufe ausgeführt
ist. Zur Glättung der gleichgerichteten Mittelfrequenzspannung ist noch ein Kondensator 11 vorgesehen. Eine Diode
12 ist deswegen parallel zum Gleichrichter 9 angeordnet, 'um die Teilspannungsquelle Gg jederzeit nachträglich einbauen
zu können, ohne den Aufbau der Teilspannungsquelle G^ hinsichtlich
ihrer Verdrahtung ändern zu müssen. Zwischen den Ausgängen 9a und 9b des Gleichrichters 9 steht die
Teilspannung U2 an. Für den Abgriff der Istwertspannung
der TeiIspannungsquelle G2 ist ein Spannungsteiler 13 vorgesehen.
Von diesem führt eine Leitung 14 zu einer Subtraktionsstufe 15 mit nachgeschaltetem Verstärker 16. Dessen Ausgang
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1st der Vergleicherstufe 5 und damit dem Spannungsregler 4 und dem Stellglied 3 aufgeschaltet.
Ober einen weiteren Spannungsteiler 17 wird die Spannung U *
U·, + Up erfaßt, die an der Anschlußstelle 17 ansteht.
Durch elektronische Subtraktion in der Subtraktionsstufe 15 wird dort die Teilspannung U1 explizit gewonnen. Durch Vergleich mit dem Sollwert Ugl 1n der Vergleicherstufe 5
wird Über den Spannungsregler 4 und das Stellglied 3 die
Teilspannung U1 am Ausgang des Gleichrichters 2 unabhängig
von der Belastung konstant gehalten.
Die Gesamtspannung U 1st Über eine Leitung 18 einer Vergleicherstufe 19 aufgeschaltet, der außerdem der Sollwert U$
flir die Gesamtspannung U mittels eines Sollwertgebers 20
aufgeschaltet 1st. Der Ausgang der Vergleicherstufe 19 1st
einem weiteren Spannungsregler 21 aufgeschaltet, der Über
eine Leitung 22 mit dem Stellglied 10 1n Verbindung steht. Die Teilspannung U2*deren zeitlicher Verlauf gleichfalls
aus Figur 2 zu entnehmen 1st, wird dabei 1n der Welse geregelt, daß die Gesamtspannung U durch eine gerade Linie
dargestellt werden kann (Figur 2).
Die beiden Spannungsregler 4»und 21 werden dabei so ausgelegt, daß £,1ch ihre Regelgeschwindigkeiten um Größenordnungen
unterscheiden, so daß sich eine gute Entkopplungswirkung fUr
die beiden Spannungsregler 4 und 21 ergibt. Aufgrund der
Schnelligkeit und der Genauigkeit des Regelkreises der Teilspannungsquelle G2 kann für die Teilspannungsquelle G1 der ■
Aufwand an Glättungsmitteln (Kondensator 7) erheblich reduziert
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werden. Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, wird die Oberwenigkeit
der Teilspannungsquelle G^ mittels der Spannung
Uy der Teilspannungsquelle G« ausgefüllt. Die derart ideal
geglättete Spannung wird Über eine Aus gangs klemme 23 einem
nicht dargestellten Hochspannungsverbraucher aufgeschaltet.
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Leerseite
Claims (2)
- PATENTANSPRÜCHE:iJVerfahren zur Erzeugung einer von Oberwellig-—-^ keiten weitgehend freiens konstanten Spannung U aus Drehstrom, unter Verwendung von Glättungsmitteln für Verbrauchers insbesondere zur Hochspannungsversorgung von Elektronenstrahlquellen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Spannung U in zwei Teilspannungen U1 und Ug aufteilt» wobei die eine Teilspannung U, mindestens 80% der Spannung U beträgt, daß man. die Teilspannung U^ in an sich bekannter Weise lastunabhä'ngig konstant hält, daß lan die Spannung U erfaßt und mit einer Sollspannung U3 vergleicht, daß man die Differenz dU = U-U dazu verwendet, die Teilspannung Ug in der Weise nachzuregeln, daß die Momentanwerte von dU ein Minimum darstellen, und daß man die Teilspannungen U^ und Ug additiv dem Verbraucher aufschalte.t.
- 2. Spannungsquelle zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch 2.1 eine Teilspannungsquelle G^ mit2.1.1 einem Dreiphasen-Transformator (1) dessen Primärseite (la) ein Stellglied (3) vorgeschaltet unddessen Sekundärseite (Ib) ein Gleichrichter (2) nachgeschaltet ist,2.1.2 einem Eingang (3a) des Stellgliedes (3), dem ein Spannungsregler (4) vorgeschaltet ist, dessen Eingang (4a) der Ausgang einer Vergleicherstufe (5)aufgeschaltet ist9 in der die Differenz dU, aus030036/031 114. Februar 1979 79502der Teilspannung U, und aus einer Teilsollspannung U , gebildet wird,, durch2.2 eine Tei Ispannungsquelle <*^ mit2.2.1 einem Transformator (8) dessen Primä'rseite (8a) ein Stellglied (10) vorgeschaltet und dessenSekundä'rseite (8b) ein Gleichrichter (9) sowie ein Glättungskondensator (11) nachgeschaltet sind,2.2.2 einem Eingang (10a) des Stellgliedes (10), dem ein Spannungsregler (21) vorgeschaltet ist, dessen Eingang der Ausgang einer Vergleicherstufe (19) aufgeschaltet ist, in der die Differenz dU aus der Spannung U und aus einer Sollspannung Us gebildet wird, und durch2.3 eine Reihenschaltung der Teilspannungsquellen G1 und Gp.- 3 -030036/0311
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