DE569845C - Schutz- und Regelvorrichtung fuer Hochvakuum-Gluehkathodengleichrichter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutz- und Regelvorrichtung für Hochvakuum-Glühkathodengleichrichter.

Es ist bekannt, daß die Regelungscharakteristik derartiger Gleichrichter verhältnismäßig ungünstig ist und daß die Spannung, die dem Belastungskreis zugeführt wird, gewöhnlich großen Schwankungen zwischen Vollast und Leerlauf unterworfen ist. Im letzteren Falle kann die Spannung auf einen äußerst hohen und Gefahr bringenden Wert steigen. Die Erfindung will diesen Übelstand beseitigen. Zu diesem Zweck wird gemäß der Erfindung die Heizstromstärke selbsttätig herabgesetzt, sobald der Belastungsstrom unter einen vorbestimmten Mindestwert sinkt. Vorzugsweise dienen hierzu zwei in den Heizstromkreis geschaltete Drosselspulen, die durch den gleichgerichteten Belastungsstrom vormagnetisiert werden. Eine solche Einrichtung soll folgende Forderungen erfüllen:

ι. Die Gleichstromwicklungen sollen so angeordnet sein, daß induzierte Wechselspannungen an ihren Klemmen nicht auftreten.

2. Die zweite Harmonische des Wechselstromes, die infolge Verzerrung des magnetischen Flusses durch den steuernden Gleichstrom erzeugt wird, soll derart unwirksam gemacht werden, daß diese Oberwelle in dem Gleichstrom- und Wechselstromkreis nicht auftritt.

3. Das Anlassen des Gleichrichters erfolgt mit Niederspannung, bis der gleichgerichtete Strom in den Steuerwicklungen den erforderlichen Mindestwert erreicht hat. Dadurch wird eine Inbetriebnahme unter falschen Bedingungen vermieden und nur durch den niedergespannten Stromkreis ermöglicht.

4. Zur Verringerung der Welligkeit auf der Gleichstromseite wird eine symmetrische An-Ordnung von Induktivitäten und Wicklungen im Kathodenstromkreis des Gleichrichters vorgesehen.

5. Das Steuergerät soll derart wirken, daß der Betrieb oberhalb eines vorbestimmten Wertes des Belastungsstromes stabil ist, dagegen labil unterhalb jenes Wertes.

Im folgenden soll der Erfindungsgegenstand beschrieben und durch Zeichnung erläutert werden.

In der Abb. 1 ist ein Schaltplan eines Gerätes gemäß der Erfindung dargestellt, und zwar für einen Zweiweggleichrichter. Abb. 2 veranschaulicht die Betriebsweise in einem Schaubild.

In Abb. ι ist der Gleichrichter Transformator 5, dessen Primärseite 6 mit den Wechselstromzuführungsklemmen 7 verbunden ist.

mit Heizwicklungen 8 versehen. Die beiden Enden der Sekundärwicklung ii sind mit den Anoden 12 der Gleichrichterröhren verbunden und ihre Mittelabzweigung 13 mit dem Belastungs- oder Ausgangskreis, der durch einen Widerstand 15 dargestellt ist. In den Belastungskreis ist eine Schutz- und Regelvorrichtung 16 eingefügt.

Erfmdungsgemäß wird die Kathodenheizung der Gleichrichterröhren durch den Belastungsstrom gesteuert, und zwar in der Weise, daß bei Vollast die Kathoden die volle Heizspannung erhalten, während beim Sinken des Belastungsstromes unter einen vorbestimmten Wert die Kathodenheizung auf Null verringert wird. Dadurch wird die Leistung des Gleichrichters bei starker Belastungsabnahme oder bei Leerlauf auf Null herabgesetzt und daher der Belastungskreis vor zu hohen Spannungen geschützt.

Zur Regelung dient ein Paar in den Heizstromkreis 17 geschalteter Drosselspulen 18, die parallel geschaltet und im vorliegenden Beispiel auf getrennte Kerne 19 aus geeignetem magnetischem Material, wie Weicheisen oder Stahl, gewickelt sind, und deren Induktivitäten durch die Gleichstromwicklungen 20 und 21, von denen jede mit je einer Drosselwicklung auf denselben Kern gewickelt ist, gesteuert werden. Die steuernden Gleichstromwicklungen sind in Reihe und in entgegengesetztem Sinne in den Belastungskreis geschaltet, der über die Mittelabzweigungen 22 der Drossel wicklungen 18 zum Heiz-Stromkreis 17 führt.

Wenn kein Belastungsstrom in den Steuerwicklungen 20 und 21 fließt, ist die Impedanz der Drosselspulen 18 derart groß, daß der Heizstrom der Gleichrichterröhren 10 praktisch auf Null zurückgeht, während bei etwa Vollast die Impedanz der Spulen 18 in solchem Maße verkleinert ist, daß der betriebsmäßige Heizstrom fließt.

Die Gleichstromwicklungen 20 und 21 sind vorzugsweise untereinander gleich und mit den Drosselwicklungen 18 in gleicher Weise gekuppelt. Wenn sie, wie in der Zeichnung angedeutet ist, entgegengesetzt geschaltet sind, treten die durch die Drosselwicklungen 18 induzierten Spannungen in dem Belastungskreise nicht auf, womit die erste obenerwähnte Forderung erfüllt ist. Es kann jedoch irgendeine andere geeignete Anordnung dieser Wicklungen, die gleiche und entgegengesetzt induzierte Spannungen erzeugt, verwendet werden.

Der Nebenkreis, der durch die parallel geschalteten Drosselwicklungen gebildet wird, bildet einen Kurzschlußkreis für die doppelfrequenten Ströme, die sonst in dem Heizstromkreis fließen wurden. Der Weg dieser Ströme ist in Abb. 1 durch gestrichelte und vollausgezogene Pfeile längs den Leitungsverbindungen 23 angedeutet. Diese Anordnung erfüllt somit die zweite obenerwähnte Forderung.

Das Anlassen des Gleichrichters wird mittels der Kurzschlußwicklungen 24 bewirkt, die um die verschiedenen Eisenkerne gelegt sind und durch einen Schalter 25, den man beim Anlassen des Gleichrichters schließt, hintereinandergeschaltet werden. Wird der Schalter 25 geschlossen, dann bildet sich in dem geschlossenen Stromkreis 26 ein von den Wicklungen 18 induzierter Strom aus, der die Impedanz der Wicklungen 18 herabsetzt, so daß der Heizstrom in den Gleichrichterröhren 10 seinen normalen Wert erreichen kann. Der nun entstehende gleichgerichtete Belastungsstrom hält die Impedanz der Wicklungen 18 in dem normalen Betriebszustand, und der Anlaßschalter 25 kann nunmehr geöffnet werden. Die Anlaß- oder tertiären Wicklungen 24 sind so bemessen, daß die Spannung am Anlaßschalter verhältnismäßig niedrig ist. Der Schalter 25 kann von Hand oder selbsttätig betätigt werden.

Um der vierten obenerwähnten Forderung zu genügen, sind die für die Glühkathoden vorgesehenen Sekundärwicklungen 8 mit den Glühkathoden 9 in Reihe geschaltet, und zwar liegt je eine Sekundärwicklung an jeder Seite der in Reihe geschalteten Kathoden, während die parallel geschalteten Drossel wicklungen 18 zwischen den Sekundärwicklungen liegen. Der Belastungskreis ist über die Mittelanzapfung einer jeden Drosselwicklung mit dem Heizstromkreis verbunden, wie durch die Mittelabzweigungen 22 angedeutet ist. Die Heizsekundärwicklungen 8 und die Wicklungen 18 sind dann in bezug auf den Be-. lastungsstrom elektrisch symmetrisch angeordnet. Es kann jedoch für diesen Zweck auch irgendeine andere geeignete symmetrische Anordnung gewählt werden sowie auch jede andere passende Vorrichtung, die den Belastungsstrom zur elektrischen Mitte einer jeden Drosselwicklung führt, obwohl die dargestellte Anordnung zur Zeit den Vorzug verdient. no

Die durch die fünfte Forderung verlangte Steuercharakteristik hängt von der Beziehung zwischen dem Belastungsstrom und dem Heizstrom der Gleichrichter ab. Wie noch gezeigt werden wird, kann je nach Größe des Belastungsstromes die Induktivität der Drosselwicklungen 18 c zwischen einem niedrigen Wert, der die normale Heizung bei Vollast ermöglicht, und einem hohen Wert geändert werden, der eine nennenswerte Heizerregung und einen nennenswerten Belastungsstrom nicht zuläßt, für den Fall, daß der Belastungs-

kreis aus irgendeinem Grunde geöffnet worden ist. Mit anderen Worten, wenn der Belastungsstrom herabgesetzt wird, wird auch die Erregung entsprechend herabgesetzt, und wenn die Erregung auf den Nullwert herabgesetzt wird, fällt auch die Leistung des Gleichrichters auf Null bzw. umgekehrt.

Bei der Steueranordnung der Erfindung ist die Beziehung zwischen der Leistung bzw.

to dem Belastungsstrom des Gleichrichters und dem Strom bzw. der Amperewindungszahl der Steuerwicklung derart, daß innerhalb eines gewissen Belastungsbereiches die Regelvorrichtung das Bestreben hat, den Belastungsstrom auf einen normalen Wert zu bringen; die Wirkungsweise ist daher stabil. Unterhalb dieses Belastungsbereiches läßt die Regelvorrichtung den Belastungsstrom auf Null sinken; der Betriebszustand ist dann labil.

Diese verschiedenartigen Wirkungsweisen sollen an Hand der Schaulinien 27 und 28 in Abb. 2 erläutert werden. Die Ordinate 29 zeigt den Belastungsstrom und die Abszisse 30 die Amperewindungen; der Koordinaten-Ursprung liegt bei 31.

Schaulinie 27 zeigt die Beziehung zwischen dem Belastungs- oder gleichgerichteten Strom und den Amperewindungen, die in den Steuerwicklungen 20 und 21 erforderlich sind, um jenen Belastungsstrom fließen zu lassen; diese Schaulinie ist unter der Annahme aufgenommen, daß die Gleichstromwicklungen 20 und 21 getrennt erregt werden. Ein normaler Betrieb wird mit den Steueramperewindungen bei einem Werte 32 erzielt, der die Drosselwicklungen 18 in dem normalen niedrigen Impedanzzustande hält und einen normalen gleichgerichteten Belastungsstrom von dem Werte 33 fließen läßt. Verringert man die Steueramperewindungen, z. B. durch Verkleinern des Steuerstromes, auf den Wert 34, so wächst die Impedanz der Wicklungen 18 und ruft einen Belastungsstrom von dem Werte 35 hervor. Es ist ferner ersichtlich, daß bei Öffnen des Belastungskreises und infolge der dadurch bewirkten Beseitigung der Gleichstromerregung in den Wicklungen 20 und 21 die Impedanz der Wicklungen 18 auf hohe Werte anwächst, wodurch die Heizerregung praktisch auf Null herabsinkt und somit eine zu hohe Spannung an den Klemmen des Belastungskreises verhütet wird. Ferner wird, falls der Belastungskreis wieder geschlossen wird, der normale Betriebszustand nicht eher hergestellt, als bis der Anlaßkreis 26 durch Schalter 25 geschlossen ist. Dies verhütet ein zufälliges Arbeiten des Gleichrichters, falls der Belastungskreis geschlossen wird, bevor die sich aus dem offenen Stromkreis ergebende Bedingung dauernd beseitigt ist. Eine ähnliche Anlaßtätigkeit ist erforderlich, wenn die die Primärwicklung speisende Wechselspannung aus irgendeinem Grunde unterbrochen wird.

Es ist jedoch wesentlich, daß die Schutz- und Regelvorrichtung den gleichgerichteten Strom und die entsprechende Spannung vollständig unterbricht, selbst dann, wenn Änderungen in dem Belastungskreis den gleichgerichteten Strom nur herabsetzen und ihn nicht vollständig beseitigen oder wenn die zugeführte Spannung hinreichend verringert wird, um den Belastungsstrom auf einen niedrigen Wert zu bringen.

Es hat sich ergeben, daß die angegebene Regelvorrichtung diese Forderung erfüllt, indem sie unterhalb eines vorbestimmten Belastungsstromes eine labile und oberhalb dieses Wertes eine stabile Wirkungsweise zeigt. Diese beiden Wirkungsweisen ergeben sich deutlich aus einer Betrachtung der Schaulinien 28 und 27.

Die Schaulinie 28, die in demselben Maßstabe wie Schaulinie 27 aufgenommen ist, zeigt die Beziehung zwischen dem Belastungsstrom und den durch ihn hervorgerufenen Amperewindungen. Man sieht, daß Punkt 36 beiden Schaulinien gemeinsam ist. Der diesem Punkt gemäß Schaulinie 28 zukommende Belastungsstrom 35 ist somit noch hinreichend, die Amperewindungen aufrechtzuerhalten, die nach Schaulinie 27 erforderlich sind, um jenen Wert des Belastungsstromes fließen zu lassen. Auf diese Weise wird ein stabiler Betrieb erzielt.

Wenn nämlich der Belastungsstrom aus irgendeinem Grunde, etwa durch Abnahme des Widerstandes der Belastung 15, auf einen beispielsweise durch Punkt 37 angegebenen Wert steigt, dann werden nach Schaulinie 28 Amperewindungen von einem durch die Abszisse 38 gegebenen Wert erzeugt. Dieser Wert der Amperewindungen läßt nach Schaulinie 27 einen Belastungsstrom vom Werte 39 fließen und, falls der Belastungskreis es dann zuläßt, wächst der Belastungs- oder gleichgerichtete Strom auf diesen Wert und steigt dann sich hochschaukelnd auf, den maximalen oder normalen Wert 33. Somit ist in dem Bereich oberhalb des Wertes 35 des gleichgerichteten oder Belastungsstromes die Regelung stabil. Der Belastungsstrom kann daher in dem Bereich 35 bis 33 variieren, ohne daß der Gleichrichter unterbrochen wird, indem er selbsttätig auf den Norfnalwert zurückkehrt, falls der Belastungskreis es zuläßt. Dieser Wirkungsbereich läßt somit die Belastung innerhalb sicherer Betriebsgrenzen variieren,, ohne daß zu hohe Spannungen entstehen. Derartige Belastungsschwankungen können durch Widerstandsänderungen im Belastungskreise oder

durch Schwankungen in der Speisespannung hervorgerufen werden.

Wenn der Belastungsstrom unter den Punkt 35 sinkt, und zwar beispielsweise auf den Wert 40, dann nehmen nach Schaulinie 28 die durch ihn erzeugten Amperewindungen den Wert 41 an. Dieser Wert entspricht nach Schaulinie 27 dem durch Abszisse 42 gegebenen Belastungsstrotn, d. h. der Belastungsstrom wird die Tendenz haben, auf diesen Wert zu fallen und weiter allmählich auf Null herabsinken.

Die kombinierte Steuercharakteristik ist also derart, daß die Wirkungsweise, wenn der Belastungsstrom von 33 auf 35 zurückgeht unter entsprechender Abnahme der Steuererregung von 32 auf 34, stabil ist und sich sofort aufbaut, um den Belastungsstrom wieder auf den Xormalwert zu bringen, falls der Belastungskreis es zuläßt. Wird der Belastungsstrom kleiner als der vorbestimmte Xormalwert 35, so tritt eine weitere Abnahme in der S teuer erregung ein und der Belastungsstrom sinkt auf Null. Der Betrieb kann nur durch Schließen des Anlaßkreises wieder aufgenommen werden, nachdem die Ursache dieses Zustandes beseitigt worden ist. Somit erfüllt die angegebene Vorrichtung die fünfte und letzte der obenerwähnten Forderungen.

Es ist zu beachten, daß eine Abnahme des Belastungsstromes durch Unterbrechung des Stromkreises oder durch Verringerung der Belastung oder durch teilweises oder vollständiges Ausbleiben der Speisespannung hervorgerufen werden kann. Daher schützt die Regelvorrichtung gegen einen weiteren Betrieb unter anormalen Verhältnissen, wie sie durch Verringerung an Belastung oder Speisespannung hervorgerufen werden, und stellt den normalen Betrieb wieder her, wenn die Schwankungen im Belastungsstrom und bzw. oder in der Speisespannung innerhalb eines zulässigen Bereiches bleiben. Es ist offensichtlich, daß die Erfindung, die in Verbindung mit einem Zweiweggleichrichter beschrieben worden ist, auch für andere Schaltanordnungen von Glijhkathodengleichrichtern Verwendung finden kann.

Claims (5)

PATENTANSPRtTCHE:

1. Schutz- und Regelvorrichtung für Belastungskreise von Hochvakuum-Glühkathodengleichrichtern unter Benutzung von Steuerimpedanzen im Heizstromkreis mit Vormagnetisierung durch den gleichgerichteten Belastungsstrom, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung der durch abnehmende Belastung des Gleichrichters auftretenden Überspannungen im Anodenstromkreis beim Sinken des Belastungsstromes der Heizstrom, des Gleichrichters ebenfalls sinkt.

2. Ausführungsform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Heiz-Stromkreis (17) der für dia abwechselnden Halbwellen vorgesehenen Gleichrichterröhren (10) zwei Drosselspulen (18), vorzugsweise auf getrennten Magnetkernen (19), geschaltet sind und durch Gleichstrom wicklungen (20 und 21), die im einen Fall gleichen, im anderen Fall entgegengesetzten Wicklungssinn in bezug auf die auf dem gleichen Kern angeordnete Drosselwicklung haben, die Impedanz der Drosselspulen stark herabgesetzt ist, solange der Belastungsstrom oberhalb eines vorbestimmten Wertes bleibt.

3. Ausführungsform nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Parallelschaltung der Drosselwicklungen im Belastungskreis.

4. Ausführungsform nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungszahl der Gleichstromwicklungen (20 und 21) und der Eisenquerschnitt der Drossel so gewählt sind, daß unterhalb eines vorbestimmten Belastungsstromes ein labiler Betriebszustand eintritt, derart, daß die Impedanz der Drosselwicklungen (iS) ansteigt und den Heizstrom nahezu auf Null herabsetzt.

5. Ausführungsform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Klemmen der Drosselspulen Tertiärwicklungen (24) vorgesehen sind, die zum Anlassen des Gleichrichters kurzgeschlossen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen