DE588780C - Steuerung fuer Hochspannungskreise mittels eines Ventils - Google Patents

Description

Die Erfindung behandelt eine Steuerung für Hochspannungskreise mittels eines oder mehrerer Ventile, wie sie z. B. in Röntgenanlagen, Prüfvorrichtungen und ähnlichen Hochspannungsanlagen Verwendung finden.

Die bisher zum Schalten solcher Hochspannungskreise benutzten mechanischen Schalter haben gewisse Nachteile, die durch die folgende Erfindung vermieden werden sollen. Die Hauptnachteile der mechanischen Schalter sind Schalten großer Energien, Auftreten von Trägheitserscheinungen, Auftreten von Schaltfeuer, die dadurch bedingte Abnutzung der Schalteinrichtungen und Auftreten von Über-Spannungen beim Ein- und Ausschalten.

Zur Vermeidung dieser Nachteile der mechanischen Schalter ist es weiter bereits bekanntgeworden, zur Steuerung von Hochspannungskreisen Ventile zu benutzen, deren

ao Gitter über eine aus dem Wechselstromnetz über hochspannungssichere Transformatoren gespeiste Gleichrichteranordnung die nötige Steuerspanniung erhalten.

Diesem Bekannten gegenüber werden erfindungsgemäß zur Steuerung von Hochspannungskreisen, insbesondere von Röntgenkreisen, ein oder mehrere besondere Steuerventile, die mit Gittern oder anderen Steuereinrichtungen versehen sind und deren Steuerspannung über Gleichrichter aus dem Wechselstromnetz entnommen wird, verwendet, bei denen die Ventile der Gleichrichteranordnung in einer Brückenanordnung so geschaltet sind, daß der die Anodenspannung der Gleichrichterventile liefernde Transformator an die eine Diagonale der Brücke angeschlossen ist, während die andere, den Gleichstrom führende Diagonale kurzgeschlossen ist. Die zur Steuerung des Hochspannungsventils dienende gleichgerichtete Spannung kann hierbei zwischen der Kurzschlußdiagonale und der Mittelanzapfung des Anodentransformators abgenommen werden. Bei dieser Anordnung führen immer je zwei auf einer Seite der Kurzschlußdiagonale liegende Ventile während einer Halbwelle des Steuerwechselstroms keinen Strom. Mit der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung ist es möglich, Hochspannungskreise gleich welcher Art von der Niederspannungsseite auszuschalten, wobei es gleichgültig ist, ob die Hochspannungsventilröhre als Steuervorrichtung für eine bebeits vorhandene Gleichstromhochspannungsquelle verwendet wird oder ob die Ventilröhre selbst erst zur Erzeugung von hochgespanntem Gleichstrom als Wechselstrom Verwendung findet. Die Anwendung einer Brückenanordnung als Gleichrichter für die Steuerspannung hat den großen Vorteil, daß wahlweise positive und negative Steuerspannungen für die Hochspannungsventile erzielt werden können. Dies ist beispielsweise bei

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Leopold Völkel in Blankenese b. Hamburg.

gewöhnlichen Doppelweggleichrichtern für diesen Zweck nicht der Fall. Dementsprechend können auch die bisher verwendeten Steuereinrichtungen nicht zur Steuerung von Gleichstromhochspannungskreisen verwendet werden.

Um die Gitterspannung des Hochspannungsventils möglichst stetig von einem negativen zu einem positiven Wert oder umgekehrt ändern zu können, kann erfindungsgemäß der Steuergleichrichter folgendermaßen ausgebildet sein.

Ein in der Mitte angezapfter Transformator liefert die Anodenspannungen für die in einer Brückenschaltung angeordneten Ventilröhren. Die gleichgerichteten Strom führende Brückendiagonale ist kurzgeschlossen und mit dem Steuergitter des zu steuernden Hochspannungsventils verbunden. Die Kathode des Hochspannungsventils liegt an der Mittelanzapfung des Steuergleichrichtertransformators, so daß also die zwischen kurzgeschlossener Brückendiagonale und Transformatormitte auftretende Spannung der Steuerspannung des Hochspannungsventils entspricht. Die Anschlüsse an Steuergitter und Kathode können natürlich auch miteinander vertauscht werden. Bei Verwendung von Ventilröhren gleicher oder ähnlicher Charakteristik im Steuergleichrichter und bei Fehlen von irgendwelchen S teuer spannungen an den Ventilröhren des Steuergleichrichters hat die kurzgeschlossene Brückendiagonale das . gleiche Potential wie die Transformatormitte, während die Steuerspannung des Hochspannungsventils Null ist.

Die Transformatoren, welche die Gitterspannungen für die Steuergleichrichter erzeugen, sind so geschaltet, daß jeweils die Gitter der beiden auf einer Seite der kurzgeschlossenen Brückendiagonale liegenden Ventilröhren gleiches Potential haben und das Potential in beiden Zweigen entgegengesetzten Wert hat. Hierdurch wird erreicht, daß bei wirksamer Gitterspannung nur jeweils ein einziges Ventilrohr stromdurchlässig ist, nämlich das Ventilrohr, dessen Anode positiv ist und dessen Gitter gleichzeitig positives Potential hat. Die drei anderen Ventile sind für Stromdurchgang· gesperrt, da bei zwei Ventilen die Anode negativ ist, und das vierte Ventil, wel· dies eine positive Anode hat, durch die negative Gitterspannung gesperrt ist. Es ist also die eine Hälfte des angezapften Transformators unwirksam. Bei Stromumkehr im Netz wechselt die Gitterspannung im Anodentransformator, so- daß das vorher stromdurchlässige Ventil jetzt sperrt und die andere Hälfte der Anodentransformatorwicklung unwirksam ist. Wegen der jedesmaligen Stromumkehr ist die Spannung zwischen der kurzgeschlossenen Brückendiagonale und Transformatormittelpunkt dabei stets gleichgerichtet und entspricht der Spannung einer Transformatorhälfte.

Wird die Phase sämtlicher Gitterspannungen durch primärseitige Umpolung des .Gitterspannungstransformators um i8o° gedreht, wobei die Phase des Anodenspannungstransformators bestehen bleibt, so treten die jeweiligen Sperrungen der Ventilröhren immer so auf, daß die Richtung der gleichgerichteten Spannung zwischen Brückenzweig und Transformatormitte umgekehrt ist. Die Drehung der Phase um i8o° kann auf beliebige Weise unstetig oder stetig mittels geeigneter, an sich bekannter Vorrichtungen erfolgen, wie z. B. mittels Polwenders oder Phasendrehers.

Durch einfaches Umpolen des die Steuerspannung liefernden Transformators, der nur eine Leistung von wenigen Watt zu besitzen braucht, ist es demnach möglich, die Spannung -an der Hochspannungsventilröhre von einem negativen Wert über Null auf einen positiven und umgekehrt zu ändern und damit die Hochspannungsleitung zu steuern.

Für. den Fall, daß das Umpolen des Transformators gerade zu einem Zeitpunkt erfolgt, in dem der Netzwechselstrom seinen höchsten oder einen erheblichen Wert hat, kann zur Vermeidung der in diesem Falle auftretenden Stromstöße eine Rückkopplungseinrichtung in der Hochspannungsleitung und der Gitterleitung jedes Hochspannungsventils vorgesehen werden, deren Kopplung nach Betrag und Phase so eingestellt werden kann, daß eventuell auftretende Stromstöße gedämpft werden.

Zur Vermeidung statischer Beeinflussungen des Steuergleichrichters durch die Hochspannung kann der ganze Steuergleichrichter mit einem mit dem einen Hochspannungspol des Ventils verbundenen Metallgehäuse umgeben werden. Desgleichen können auch sämtliche mit dem Steuergleichrichter verbundenen Transformatorsekundärwicklungen einschließlich der Heiztransformatoren metallisch geschirmt und durch leitende Verbindung des Schirmes mit dem Metallgehäuse vor statischer Beeinflussung geschützt werden.

In der Abbildung ist ein Ausführungsbeispiel der neuen Steuerung mit einem Hochspannungsventil und Steuergleichrichter dargestellt.

Das Hochspannungsventil 1 trägt außer der Anode 2 und der Kathode 3 noch das Gitter 4. Die Kathode 3 ist mit der Mittelanzapfung 5 des Steueranodentransformators 6 verbunden, dessen Primärwicklung 7 an ein Wechselstromnetz angeschlossen ist und dessen weitere Sekundärklemmen 8 und 9 mit der Brückenanordnung der Ventilröhren 10,

ii, 12, 13 verbunden-sind. Die Heizung dieser Ventile kann dabei zweckmäßig aus Transformatoren erfolgen, die in der Abbildung nicht dargestellt sind. Die Anoden der Ventile io und ii sind mit den Kathoden der ■ Ventile 12 und 13 durch die Brücken diagonale 14 praktisch widerstandslos verbunden. Außerdem ist die Brückendiagonale 14 mit dem Gitter 4 des Hochspannungsventils 1 leitend verbunden. Die primärseitig hintereinandergeschalteten Gittertransformatoren 15 und 16 liefern vermittels ihrer getrennten Sekundärwicklung die Gitterspannungen für die Ventilröhren. Die Wicklungsanordnung ist derartig, daß jeweils die Ventile 10 und 12 gleiche, beispielsweise positive Spannung haben, wenn die beiden Ventilen und 13 beispielsweise negative Spannung haben. Die Gittertransformatoren 15 -und 16 werden . 20 durch einen besonderen Transformator 17 gespeist, der aus. dem gleichen Netz wie der Anodentransformator 6 gespeist wird. Ein Umschalter 18 ermöglicht ein Drehen der Phase um i8o°. Der ganze Steuergleichrichter ist mit einem metallischen Gehäuse 19 umgeben, das mit der Hochspannungsleitung verbunden ist. Durch besondere metallische Schutzhüllen sind auch die Sekundärwicklungen der Transformatoren 6 und 17 in den statischen Schutz mit einbezogen. Die Hochspannungsleitung führt von der Kathode 3 des Hochspannungsventils im Inneren des Schutzgehäuses 19 über die Rückkopplungsspule 20 und dann mittels der Leitung 21 zum Hoch-Spannungstransformator 24, welcher über die Leitungen 21 und 29 den Betriebsstrom für die Röntgenröhre 25 liefert. Leitung 29 ist mit der Anode 27 verbunden. Die Glühkathode 26 wird vom Heizstromtransformator 28 geheizt und steht mit der Anode 2 des Hochspannungsventils 1 in Verbindung. Zwischen Brückendiagonale 14 bzw. Gitter 4 und Anodentransformatormitte S bzw. Kathode 3 ist eine Spule 22 in Reihe mit einem Widerstand 23 geschaltet. Die Spule 22 ist mit der Spule 20 variabel gekoppelt, so daß durch Regelung des Kopplungsgrades und der Kopplungsphase der dämpfende Einfluß der Rückkopplung eingestellt werden kann.

Mit Hilfe der beschriebenen Erfindung ist demnach ein leichtes energie- und trägheitsloses Schalten ohne Auftreten von Schaltfeuern oder etwaigen Transformatorwanderwellen erzielt und das Auftreten von Überspannungen vermieden. Das zeitlich exakte Schalten der Steuereinrichtung ermöglicht es z. B., die Anordnung durch Steuerung des Schalters. 18 für periodische Schaltungen zu verwenden, wie sie z. B. in der Röntgentechnik für Herzaufnahmen in der gleichen Bewegungsphase erforderlich sind. Bei diesem Beispiel kann die Steuerung des Schalters durch den Pulsdruck nach Art der bekannten Elektrokardiagraphen erfolgen.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Steuerung für Hochspannungskreise, insbesondere für Röntgenkreise, in welche ein oder mehrere mit Gittern oder anderen Steuereinrichtungen versehene besondere Steuerventile geschaltet sind, deren Steuerspannung über Gleichrichter aus dem Wechselstromnetz entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile der Gleichrichteranordnung in einer Brückenanordnung so. geschaltet sind, daß der die Anodenspannung liefernde Transformator an die eine Diagonale der Brücke ange-

' schlossen ist, während die andere, den Gleichstrom führende Diagonale kurzgeschlossen ist, daß immer je zwei auf einer Seite der Kurzschlußdiagonale liegende Ventile während einer Halbwelle des Steuerwechselstromes gesperrt sind und daß die zwischen der Kurzschlußdiagonale und der Mitte des Anodentransformators auftretende Spannungsdifferenz die Steuerspannung für das Hochspannungsventil abgibt.

2. Steuerung für Hochspannungskreise nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterspannungen der Ventile des Steuergleichrichters mittels Transformatoren im Gegentakt so erzeugt werden, daß jeweils die beiden auf einer Seite der Kurzschlußdiagonale liegenden Ventile gleiches Gitterpotential haben.

3. Steuerung für Hochspannungskreise nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Erzeugung der Steuerspannung für das Hochspannungsventil dienende Gleichrichter einschließlich der zugehörigen Transformatorsekundärwicklungen in an sich bekannter Weise mit einem metallischen Schutz gegen statische Beeinflussung versehen ist und daß der Metallschirm mit einem Punkt der Hochspannungsleitung leitend verbunden ist. no

4. Steuerung für Hochspannungskreise nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine zur Phasendrehung geeignete, an sich bekannte Vorrichtung für die Steuereinrichtung, z. B. ein Polwender, auf der Primärseite des die Gitterspannungen für die Gleichrichterventile liefernden; Transformators liegt.

5. Steuerung für Hochspannungskreise nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochspannungskreis so mit dem Gitterkreis des Hochspannungs-

ventils zurückgekoppelt ist, daß Änderungen der Gitterspannung durch die Änderungen des Hochspannungsstroms gedämpft werden.

6. Steuerung für Hochspannungskreise nach Ansprüchen ι bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für' Zwecke von Röntgenaufnahmen von periodisch bewegten Objekten, wie beispielsweise Herzaufnahmen, der Schalter nach Anspruch 4 durch eine geeignete Vorrichtung stets in der gleichen Bewegungsphase betätigt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen