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Anordnung zur Erzielung einer gleichmäßigen Belastung eines Hochspannungstransformators
Die Erfindung betrifft Verbesserungen an elektrischen Anordnungen für Apparate,
z. B. Röntgenapparate und ähnliche Apparate, in denen nur die eine Halbwelle eines
Hochspannungswechseistromes ausgenutzt wird. Bei diesen Anordnungen ist gemäß der
Erfindung nicht nur Vorsorge dafür getroffen, daß die "Energie der anderen, nicht
für Nutzzwecke benutzten Halbwelle in einer an sich bekannten Weise absorbiert wird,
sondern es sind auch Mittel vorgesehen, um den Energieverbrauch während dieser Halbwelle
zwangläufig auf derselben Höhe zu halten wie den Energieverbrauch der Apparate in
der anderen Halbwelle. Hierdurch wird eine gleichmäßige Belastung des Hochspannungstransformators
während beider Stromwechsel erzielt.
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In einigen Fällen sind bei derartigen Anlagen besondere Einrichtungen
erforderlich, um den nützlichen Verbrauch nur einer Halbwelle zu bewirken, aber
in der Mehrzahl der Fälle schließt die die nützliche Energie verbrauchende Vorrichtung
die notwendige Gleichriehterwirkung selbst in sich ein. Das letzte ist z. B. .der
Fall bei der selbst gleichrichtenden Röntgenröhre. .
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Es ist bekannt, die nicht benutzte halbe Welle eines Wechselstromes
mittels einer am Hochspannungstransformator angeordneten Hilfswicklung zu absorbieren,
die parallel mit einer Sekundärwicklung für den Verbraucherapparat liegt, wobei
im Stromkreis ein Ventil vorgesehen ist, durch welches nur dann Strom hindurchgeht,
wenn der Strom in dem Verbraucherapparat unterbrochen ist. Es wurde auch bereits
vorgeschlagen, Kondensatoren parallel zu einem Teil des Primärstromkreises zu schalten
und diese Kapazität in Verbindung mit der Veränderung des Widerstandes in dem Kathodenheizstromkreis
einer Coolidge-Röntgenröhre zu ändern.
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Bei vorliegender Erfindung ist eine nur eine Halbwelle des Hochspannungswechselstromes
nützlich verbrauchende, mit Transformatorregulierung, Heizstromkreisregulierung
und einer die nicht nützlich verwertete Energie absorbierenden Einrichtung ausgestattete
Apparatur vorhanden, bei der der Energie absorbierende Stromkreis derart zusammengesetzt
ist, daß die am Hochspannungstransformator angeordnete Hilfswicklung, ein zwangläufig
mit dem Regeltransformator regelbarer Widerstand und ein zwangläufig mit der Regelvorrichtung
des. Heizstromkreises regelbarer Widerstand und ein Gleichrichter in Reihe geschaltet
sind. Dadurch wird erfindungsgemäß zwangläufig mittels der Einstellungsvorrichtungen
der
dem Verbraucherapparat aufgedrückten Spannungsdifferenz und der Heizstromstärke
eine Regelung des Energieverbrauches im Hilfssekundärstromkreis herbeigeführt, derart,
daß eine gleichmäßige Belastung des Hochspannungstransformators während der ganzen
Periode der Wechselspannung, d. h. Übereinstimmung zwischen dem Energieverbrauch
des Nutzstromkreises und des Energie absorbierenden Hilfsstromkreises, aufrechterhalten
wird.
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. Von den beiliegenden Abbildungen stellt die Abb. i eine Anordnung
mit einer nur eine Halbwelle durchlassenden Röntgenröhre dar, die einen Absorptionskreis
gemäß vorliegender Erfindung besitzt. Als Ventil liegt im Hilfsstromkreis ein mechanischer
Gleichrichter, der von einem Synchronmotor angetrieben wird.
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Die Anordnung gemäß Abb.2 ist ähnlich der der Abb. i, nur mit der
Ausnahme, daß an Stelle des mechanischen Gleichrichters eine Elektronenvakuumröhre
gesetzt ist.
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An Hand der Abb. i und 2 wird die Erfindung näher erläutert: Die Röntgenröhre
67 liegt an der sekundären Wicklung 7,4 des Hochspannungstransformators 73. Auf
dem Transformator ist noch eine besondere sekundäre Hilfswicklung 75 vorgesehen,
welche einen Teil des Absorptionskreises bildet. Beide Sekundärwicklungernwerden
durch die gleiche Primärwicklung 76 des Transformators 73 erregt. In den die Röhre
erregenden Hochspannungskreis ist ein Miniamperemeter 77 gelegt.
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In der einen Zuleitung zur Primärwicklung 76 des Hochspannungstransformators
liegt die Wicklung eines Autotransformators 78 mit mehreren Abgriffen 79. Jeder
dieser Abgriffe 79 ist mit einem der Kontakte 8o verbunden, die andere Zuleitung
ist dagegen mit dem einen Wicklungsende des Autotransformators unmittelbar verbunden.
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Am Autotransformator 78 befindet sich ein Schleifring 81, an welchen
die Primärwicklung 76 des Transformators mit einem Ende angeschlossen ist. Mit diesem
Ring 81 ist ein um einen Zapfen 83 drehbarer Kontakthebel 82 verbunden. Zur Herstellung
des Kontaktes mit dem Ring 8i ist im Kontakthebel 82 ein mit 84 bezeichneter Kontaktstift
von dem Hebel isoliert vorgesehen. Ein zweiter, im Hebel 82 untergebrachter und
von dem Hebel ebenfalls isolierter Kontaktstift 85 arbeitet mit den Kontakten 8o
zusammen. Zwischen den Kontaktstiften 84 und 85 ist ein Verbindungsleiter 86 vorgesehen.
Mittels eines Hauptschalters 87 kann die Energiequelle mit dem Autotransformator
verbunden werden.
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Im vorliegenden Falle liegt in der einen Zuleitung zum Autotransformator
-78 noch ein weiterer Schalter 89. Dieser Schalter besitzt einen Vorkontakt 9o,
der zuerst die Verbindung mit dem Autotransformator 78 über einen Widerstand 9i
herstellt. Beim Einschalten der Röntgenröhre wird mithin der Autotransformator und
damit die Röhre zunächst über den Widerstand 9i eingeschaltet und auf diese Weise
der Röhre erst für kurze Zeit eine niedrigere Spannung aufgedrückt. Es, werden auf
diese Weise Störungen der Röhre im wesentlichen vermieden. Das Kurzschließen des
Widerstandes 9i geschieht mit einem zweiten Kontakt 92. Die Umstellung des Schalters
89, d. h. das Ein- und Ausschalten, erfolgt mit der Hand.
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In der Abbildung ist ein regelbarer Widerstand 93 dargestellt; seine
Aufgabe ist es, Energie im Absorptionskreis zu vernichten. Die Widerstandswicklungen
sind stufenweise mit Kontakten 94 verbunden, und auf dem Regler für den Autotränsformator
78 ist ein weiterer Kontaktring 95 vorgesehen, der auf einer Seite an einen Gleichrichter
angeschlossen ist.
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Auf dem Einstellhebel 82 des Autotransformators sind gegenüber den
Kontakten 8q., 85 zwei weitere Kontaktstifte 96, 97 zur Herstellung einer elektrischen
Verbindung zwischen dem Kontakt 94. und dem Ring 95 angeordnet. Zwischen den Kontaktkolben
96 und 97 ist eine elektrisch leitende Verbindung 98 gezogen.
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Der Gleichrichter ist mit 99 und ein weiterer im Absorptionskreis
gelegener regelbarer Absorptionswiderstand mit ioo bezeichnet. Dieser Regelwiderstand
besitzt mehrere Kontakte ioi sowie eine Kontaktschiene ioz, die an dem einen Kontakt
i 16 des Gleichrichters 99 angeschlossen ist, während der Kontakt i 15 mit dem Widerstand
93 in Verbindung steht. Zur Regelung des Widerstandes ioo ist drehbar auf einem
Zapfen ioq. ein Kontakthebel 103 vorgesehen, der für die Kontakte ioi einen
Kontaktstift io5 und für die Schiene io2 noch einen zweiten Kontaktstift io6besitzt.
Zwischen den Kontaktstiften 105 und io6 ist eine elektrisch leitende Verbindung
107 gezogen. Zur Regelung der Primärspannung des Heiztransformators 7o ist
in Reihe mit seiner Primärwicklung 72 ein Widerstand io8 vorgesehen, mit dessen
Hilfe die Heizung der Kathode 69 geregelt werden kann. Der Widerstand io8 ist so
angeordnet, daß er zwangläufig mit dem für die Widerstände ioo vorgesehenen Handhebel
geregelt werden kann.
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Es sind zu diesem Zwecke Kontakte io9 am Widerstand io8 und noch eine
Kontaktschiene iio, die mit dem einen von der Stromquelle 88 herkommenden Leiter
in Verbindung steht, vorgesehen.
Ein jeweils mit einem der Kontakte
iog in Verbindung stehender Kontaktstift ist mit i i i bezeichnet, während ein mit
der Schiene i io in Verbindung stehender Kontaktstift mit 112 und eine leitende
Verbindung zwischen den Kontakten i i i und i 12 mit 113 bezeichnet ist.
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Die Auswahl der mittels des Energie absorbierenden Hilfsstromkreises
zu belastenden Halbwelle erfolgt gemäß Abb. i durch einen mechanischen Gleichrichter,
der durch einen Synchronmotor getrieben wird. Die mechanische Gleichrichteranordnung
ist mit 99 bezeichnet. Die Schleifbürste i15 ist mit der Schiene 95 elektrisch verbunden
und die Schleifbürste 116 mit der Schiene io2. Ein Kommutator i 17, angetrieben
durch einen vierpoligen Synchronmotor 118, erhält Strom über die mit der Energiequelle
88 verbundenen Leitungen.
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Die nichtangeschlossenen Kommutatorsegmente sind mit i i9 und die
arbeitenden Kommutatorsegmente mit i2o bezeichnet. Zwischen den Segmenten i2o ist
eine elektrisch leitende Ouerverbindung i2i gezogen.
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Bei dem Aufbau der Anlage, so wie sie in Abb. i dargestellt ist, wird
mit jedem Wechsel des von der Energiequelle 88 gelieferten und durch den Autotransformator
73 gehenden Wechselstromes von der Primärwicklung 76 des Transformators 73 eine
jede der beiden Sekundärwicklungen 74 und 75 induziert.
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Der nutzbare Teil des in der Sekundärwicklung 74 induzierten Stromes
ist zur Erregung der Röntgenröhre 67 bestimmt.
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Ohne den Absorptionskreis würde in der Sekundärwicklung 74 mit dem
dem nützlichen entgegengesetzten Wechsel eine Spannungsdifferenz entstehen, die
die als Gleichrichter wirkende Röhre 67 nicht durchfließen kann, aber einen Wert
erreicht, der größer ist als derjenige des Nutzwechsels. Bei richtiger Einstellung
des Kommutators 117 so, daß gerade während der Zeit, in welcher der Gegenwechsel
derRöhre aufgedrückt wird, der H.ilfssekundärstromkreis geschlossen ist, wird durch
den Hilfsstromkreis mit der Sekundärwicklung 75 eine Belastung des Hochspannungstransformators
auch während dieser Zeit bewirbt, indem die Widerstände 93 und ioo die nicht ausgenutzte
Energie verzehren.
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Die Primärwicklung 76 ist somit, wie bereits, gesagt, zu allen Zeiten
gleichmäßig belastet, so däß auch keine Möglichkeit besteht, daß der Gegenwechsel
über die Höhe des Nutzwechsels hinaus anwächst. Hiernach ergibt es sich von selbst,
daß die Widerstände im Absorptionskreis entsprechend der auf der Sekundärwicklung
74 ruhenden Belastung gewählt und veränderbar sein müssen.
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Durch Berechnung kann die Größe des für irgendeine gegebene Belastung
der Röntgenröhre o. dgl. im Hilfssekundärkreis erforderlichen Widerstandes ohne
weiteres bestimmt «-erden. Die Anordnung wird auf diese Weise derart getroffen,
daß, wenn irgendeine Verstellung der Regelvorrichtungen im Primärkreis des Hochspannungstransformators
erfolgt, zwangläufig eine der hierdurch bewirkten Änderungen der Nutzbelastung entsprechende
Vergrößerung oder Verringerung des Widerstandes des Absorptionskreises stattfindet.
Die Größe des Gesamtwiderstandes im Absorptionskreis wird sonach zu allen Zeiten
ausreichen, um den Gegenwechsel so weit zu unterdrücken, daß seine Höhe niemals
größer wird als die des Nutzwechsels.
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Ein zusätzlicher Vorteil bei dieser Einrichtung besteht darin, daß
der Leistungsfaktor der aus .der Leitung entnommenen Energie wesentlich verbessert
wird.
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In der in Abb. 2 dargestellten Anlage sind die Stromkreise die gleichen
wie bei der in Abb. i dargestellten. Ein Unterschied besteht nur insofern, als hier
an Stelle des Kommutators und Synchronmotors eine Ventilröhre vorgesehen ist. Zur
Heizung der Glühkathode dieser Ventilröhre ist, wie bekannt, ein Heiztransformator
erforderlich.
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Die Ventilröhre ist in Abb. 2 mit 122 bezeichnet und enthält eine
Anode 123, die mit der Schiene io2 elektrisch leitend verbunden ist. Die Glühkathode
124 der Ventilröhre i22 ist mit der Schiene 95 verbunden. Zur Speisung der Glühkathode
124 ist ein Heiztransformator 125 mit der Primärwicklung 127 und der Sekundärwicklung
126 vorgesehen. Die Primärwicklung wird von der Stromquelle 88 gespeist. Die Größe
der durch die Ventilröhre 122 gehenden und durch den Widerstand 93 und ioo absorbierten
Energie ist durch die Zahl der Wicklungen bestimmt, welche jeweils von den Widerständen
93 und ioo in den Hilfssekundärstromkreis eingeschaltet sind.