DE905642C - Schaltungsanordnung zur Umformung von Wechselstrom in Gleichstrom - Google Patents

Schaltungsanordnung zur Umformung von Wechselstrom in Gleichstrom

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DE905642C
DE905642C DEA5778D DEA0005778D DE905642C DE 905642 C DE905642 C DE 905642C DE A5778 D DEA5778 D DE A5778D DE A0005778 D DEA0005778 D DE A0005778D DE 905642 C DE905642 C DE 905642C
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DEA5778D
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Dipl-Ing Helmut Lichtenberg
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AEG AG
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AEG AG
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Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10Regulating voltage or current
    • G05F1/46Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/52Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using discharge tubes in series with the load as final control devices
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/14Arrangements for reducing ripples from dc input or output
    • H02M1/15Arrangements for reducing ripples from dc input or output using active elements

Description

  • Schaltungsanordnung zur Umformung von Wechselstrom in Gleichstrom Bei der Überführung von Wechselstrom in Gleichstrom ist es erforderlich, zwischen Gleichrichter und Verbraucher entsprechende Siebmittel zu schalten, um dem Verbraucher Leistung liefern zu können, die frei von Wechselkomponenten ist. Diese Siebmittel sind in der Regel aus Gliedern aufgebaut, die aus einem Längswiderstand und einem Querwiderstand bestehen. Als Längswiderstand sind Impedanzen mit hohem Wechselwiderstand und nur geringem Gleichwiderstand, als Querwiderstand Impedanzen mit geringem Wechselwiderstand und hohem Gleichwiderstand erwünscht. Als Längswiderstand benutzt man bekanntlich Ohmsche Widerstände, Eisenwasserstoffwiderstände und Induktanzen in der Form von Eisendrosseln und Streutransformatoren oder Kombinationen davon; als Querwiderstände benutzt man Kondensatoren und Gasentladungsstrecken (Stabilisatoren, Glättungsröhren) oder Kombinationen davon. Ohmsche Widerstände besitzen den Vorteil geringen Raumbedarfs und geringen Gewichtes, den Nachteil des Energieverlustes, des Bedarfs an hoher Speisespannung und eines Ladekondensators mit hoher Betriebsspannung. Das Verhältnis von Wechselwiderstand zu Gleichwiderstand ist nur r. Für handelsübliche Eisenwasserstoffwiderstände ist dieses Verhältnis etwa 6. Dies gilt jedoch nur für langsame Schwankungen der Netzspannung, denen der Widerstand bezüglich der Herstellung seines Wärmegleichgewichtes folgen kann. Für Frequenzen von-5o und zoo Hz ist das Verhältnis von Wechsel- zu Gleichwiderstand nur wenig größer als i. Bei Eisendrosseln kann obiges Verhältnis sehr groß gemacht werden, aber nur mit wachsendem Raumbedarf und Gewicht. Streutransformatoren können durch lose Kopplung zwischen Primär- und Sekundärwicklung mit hoher fiktiver Speisespannung und hohem fiktivem innerem Widerstand hergestellt werden; selbstverständlich werden durch die lose Kopplung Raumbedarf und Gewicht ebenfalls groß. Sie haben den weiteren Nachteil, daß magnetisch empfindliche Elektronengeräte, wie Braunsche Röhren oder Abbildungsgeräte, die möglicherweise im gleichen Gerät untergebracht sind, besonders gegen den starken magnetischen Streufluß geschützt werden müssen. Kondensatoren erfüllen bei genügender Größe ideal die Forderung eines geringen Wechselwiderstandes und hohen Gleichwiderstandes, haben aber den i\Tachteil, daß die abgegebene Gleichspannung von der Belastung abhängt. Gasentladungsstrecken als Querwiderstände können bei geringem Raumbedarf und Gewicht mit geringem Wechselwiderstand hergestellt werden. Der Nachteil der Leitfähigkeit für Gleichstrom wird durch den Vorteil der Unabhängigkeit der gelieferten Gleichspannung von der Belastung kompensiert. Aus den Eigenschaften der oben beschriebenen Schaltelemente folgt, daß man bei der Konstruktion eines Gleichrichters, der auch extremen Anforderungen an Siebung und Spannungskonstanz genügt, im allgemeinen Siebmittel benutzt, die folgendermaßen :aufgebaut sind: Dem über einen Zweiweggleichrichter aufgeladenen Ladekondensator folgt ein Eisenwasserstoffwiderstand, darauf eine aus mehreren von Eisendrosselli und Kondensatoren gebildeten Gliedern bestehende Kette, und als abschließendes Querglied folgt eine stabilisierende Gasentladung.
  • Die oft unumgängliche Benutzung von tragbaren Meßgeräten extrem hoher Genauigkeit im Betriebe erfordert eine fast ideale Betriebsspannung aus einem Netzgerät mit geringem Raumbedarf und Gewicht. Die Erfindung schlägt daher vor, die Schaltungsanordnung zur Umformung von Wechselstrom in Gleichstrom in der Weise auszubilden, daß als Längswiderstände Elektronenstrecken mit Sättigungscharakter benutzt werden. Es werden also Eisendrosseln möglichst vermieden.
  • Die Abbildung zeigt ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung, bei dem als Siebwiderstände Fünfpolröhren verwandt werden. Über die Döppelweggleichrichterröhre i wird derLadekondensator2 aufgeladen. - Die Fünfpolröhren 3 und d. sind, anodenseitig nach dem - Verbraucher zeigend, in die Minusleitung der Siebkette gelegt. Der geringe Schirmgitterstrom kann der Plusleitung entnommen und durch eine Siebkette, bestehend aus den Widerständen 5, 7 und den Kondensatoren 6 und 8, genügend geglättet werden. Der Kathodenwiderstand i i erzeugt die notwendige negative Gittervarspannung, die über den Ultrakurzwellendämpfungswiderstand 12 mit der Größe von etwa iooo Q dem Steuergitter zugeleitet wird. Es ist zweckmäßig, den Kathodenwiderstand nicht reit einem Kondensator -zu überbrücken, da infolge der Gegenkopplung bei gleicher Änderung der Anodenspannung die Stromänderung kleiner ist als mit Kondensator, d. h. der Wechselwiderstand der Fünfpolröhre größer ist. Die Erhöhung des Wechselwiderstandes steigt bei Benutzung einer Fünfpolröhre mit größerer Steuersteilheit. Das Bremsgitter kann, wie im Siebglied I dargestellt, mit der Kathode der Fünfpolröhre verbunden sein oder eine positive Spannung gegen Kathode haben. Letzteres ist besonders dann vorteilhaft, wenn die Spannung an den letzten Siebkondensatoren zur Erzeugung einer normalen Schirmgitterspannung nicht ausreicht; aber auch bei genügender Größe der Schirmgitterspannung ist eine positive Bremsgitterspannung vorteilhaft, da die Sättigung der Fünfpo-lröhre bereits bei geringerem Anodenspannungsabfall beginnt. Wie im Siebglied II dargestellt; kann die Bremsgitterspannung der Schirmgitterspannung über den Widerstand 9 entnommen und im Bedarfsfall über den Kondensator to abgeblockt werden. Uni den Gleichstrom konstant zu halten, ist zur Erzielung konstanter Spannuilgen am Verbraucher fr bei Laständerungen ein Lastausgleich 14 parallel zum Verbraucher geschaltet, z. B. eine oder mehrere hintereinandergeschaltete Gasentladungsstrecken oder auch eine der bekannten, mit Hochvakuumröhren arbeitenden Regelschaltungen. Ein Zahlenbeispiel soll die Überlegenheit einer Elektronenröhre gegenüber einer Eisendrossel zeigen. Bei einer Anodenspannung von 130 V und einem Anodenstrom von ioo mA, also einem Gleichwiderstand von 1,3 k2, hat eine Endpentode AL 5 oder EL 12 bei konstant.r St.eiiergitterspannung einen Wechselwiderstand von 13 1.(Z; .das entspricht bei ioo Hz einer Selbstinduktion von 2o H. Die erforderliche handelsübliche Eisendrossel hat ein Gewicht von etwa 2,5 kg; ihr Ohmscher Widerstand beträgt etwa 4.oo P. Der Gleichwiderstand der Pentode ist also um etwa goo Q größer. Das entspricht einem Mehrverbrauch von etwa 9 W. Ferner beträgt die Heizleistung der Pentode 7,5 W und die zur Erzeugung und Siebung der Schirmgitterspannung notwendige Leistung etwa ,4 W. Da Transformatoren zwischen 5o und Zoo W etwa o,o3 kglW wiegen, wird der Netztransformator bei der Pentode um etwa o,6 kg schwerer. Dazu kommt das Gewicht der Pentode selbst mit etwa o, i kg und das Gewicht der Kondensatoren 6 und 8 mit maximal o, t kg. Die Gewichtsersparnis bei Benutzung einer Pentode an Stelle einer Eisendrossel ist also bei gleicher Größe des Siebwiderstandes gleich dem Gewicht der Eisendrossel. vermindere um das Mehrgewicht des Netztransformators, der Pentode und der beiden Kondensatoren, also -.5--(o.6+o.i+z.o.1)=iAkg. Zudem handelt es sich hauptsächlich um die Einsparung von Eisen und Kupfer. Hält man nicht, wie im Zahlenbeispiel angenommen, die Steuergitterspannung konstant, sondern benutzt die in der Abbildung dargestellte Gegenkopplungsscllaltung, so fällt die obige Gewichtsbilanz noch günstiger für die Pentode aus. In vielen praktischen Fällen wird es genügen, an Stelle der in der Abbildung dargestellten zweigliedrigen Kette eine solche mit nur einem Glied zu benutzen.
  • Die beschriebene Anordnung vermag nur in geringem Maße Änderungen der NTetzspannung auszugleichen. Eine Steigerung der Netzspannung z. B. bewirkt unweigerlich eine Steigerung der Gleichspannung a.tn Ladekondensator 2 und damit der Schirmgitterspannung der Siebröhre 3. Das Anwachsen des Pentodenstromes wird zwar durch die Gegenkopplung mittels des Kathodenwiderstandes i i reduziert, aber nicht völlig unterdrückt, wodurch auch die Spannung am Verbraucher in unerwünschter Weise anwächst. Indessen kann das Anwachsen der Schirmgitterspannung durch ein entsprechendes Anwachsen der negativen Steuergitterspannung völlig kompensiert werden, indem mit Hilfe einer Sekundärwicklung des Transformators über den Gleichrichter i 9 an den Kondensatoren 18 und 16 eine Gleichspannung erzeugt wird, die, mit dem negativen Pol mit dem Widerstand 12 verbunden, in die Gitterleitung gelegt ist.
  • i7 ist ein Siel)«-i-derstand. Es ist zweckmäßig, als speisende Sekundärwicklung die Heizwicklung der betreffenden Siebröhre zu benutzen. Als Gleichrichter i9 genügt ein Trockenplattensystem, das aus eine in oder nur wenigen Elementen zusammengesetzt ist. Die bei Änderung der Netzspannung amWiderstand 15 auftretende Spannungsänderung kann durch Wahl des Vorwiderstandes 20 und oder durch Spannungsteilung an den Widerständen 17 und 15 so eingestellt werden, daß die Änderungen der Schirmgitterspannung und darüber hinaus auch der Anodenspannung keinen Einfluß auf die Größe des Anodenstromes haben; somit sind die Änderungen der Gleichspannung am Ladekondensator 2 von der Siebröhre 3 abgefangen und können nicht als Änderungen der Verbraucherspannung in Erscheinung treten. Bei Vorhandensein sehr großer Netzschwankungen sind auch die Schwankungen der mittleren Anodenspannung an der ersten Siebröhre 3 groß. Während bei Steigerung der mittleren Anodenspannung der Wechselwiderstand der Siebröhre unverändert bleibt, sinkt dieser beträchtlich, sobald die Anodenspannung einen bestimmten Wert unterschreitet. Dieser Umstand ist besonders in dem Fall lästig, wenn die Siebröhre außerdem einen großen Brumm aufzunehmen hat, was im Fall der sofort hinter dem Ladelcolidensator angeordneten Siebröhre zutrifft. Bei großen Netzschwankungen ist es daher vorteilhaft, dieAusregelung auf zwei,oder drei usw. Siebröhren, falls vorhanden, so zu verteilen, daß jede Röhre nur 1/2, 1/s usw. der gesamten Spannungsschwankungen aufzunehmen hat. Es ist auch zweckmäßig, eine ungleichmäßige Verteilung der Spannungsschwankungen derart vorzunehmen, daß die Siebröhre mit dem stärksten Brumm nur wenig oder gar keine Änderungen der mittleren Anodenspannung erfährt. Die gewünschte Verteilung kann durch verschieden starke Regelung der einzelnen Siebröhren vorgenommen werden, die in jedem Fall durch passende Dimensionierung der Widerstände 20, 17 und 15 erfolgt. Die Abbildung zeigt, daß auch das zweite Glied II mit einer Gitterregelung versehen ist. Die beschriebene Anordnung übertrifft Eisenwasserstoffwiderstände gleicher Verlustleistung, da sie den Verbraucherstrom völlig konstant zu halten vermag.

Claims (15)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Schaltungsanordnung zur Umformung von Wechselstrom in Gleichstrom, bei der zur Befreiung der Gleichspannung von einer Störkomponente Siebglieder verwendet werden, die aus Längswiderständen und Querwiderständen aufgebaut sind, insbesondere für magnetisch empfindliche Elektronengeräte, dadurch gekennzeichnet, daß als Längswiderstände Elektronenstrecken mit Sättigungscharakter benutzt werden.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als Längswiderstände Fünfpolröhren mit hohem Innenwiderstand und großer Steuersteilheit benutzt werden, die, in der Minusleitung liegend, anodenseitig nach dem Verbraucher zeigen.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der negativen Gitterspannung ein Kathodenwiderstand ohne kondensatorische Überbrückung benutzt wird. q..
  4. Anordnung nach Anspruch 2 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmgitterspannung der Plusleitung entnommen und durch Siebglieder gesiebt wird.
  5. 5. Anordnung nach Anspruch 2 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Bremsgitter Kathodenpotential besitzt.
  6. 6. Anordnung nach Anspruch 2 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Bremsgitter ein gegen Kathode positives Potential besitzt und dieses vom Schirmgitter hergeleitet wird.
  7. 7. Anordnung nach Anspruch 2 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Verbraucher ein lastausgleichendes Glied geschaltet wird. B.
  8. Anordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der negativen Gitterspannung außer einem Kathodenwiderstand eine Regelspannungsquelle vorgesehen ist, deren negativer Pol direkt oder über einen UKW-Dämpfungswiderstand mit dem Steuergitter, deren positiver Pol mit dem der Kathode abgewendeten Ende des Kathodenwiderstandes verbunden ist, in Verbindung steht.
  9. 9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung der Regelspannungsquelle von der Netzspannung durch Gleichrichtung und Siebung hergeleitet ist. To.
  10. Anordnung nach Anspruch 8 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Erzeugung der Regelspannung die Heizwicklung der betreffenden Siebröhre oder eine besondere Sekundärwicklung des Transformators oder ein besonderer Transformator benutzt wird. i i.
  11. Anordnung nach Anspruch 8 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Erzeugung der Regelspannung ein oder mehrere Trockenplattenelemente zur Gleichrichtung benutzt werden. r2.
  12. Anordnung nach Anspruch 8 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Gang der Regelspannung mit Hilfe passender Spannungsteilung so gewählt wird, daß Änderungen der Schirmgitterspannung oder der Anodenspannung oder beider keine Änderungen des Anodenstromes zur Folge haben.
  13. 13. Anordnung nach Anspruch 2 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß bei Benutzung mehrerer mit Siebröhren ausgestatteter Siebglieder alle Glieder mit einer Regelspannung beschickt werden, deren Gang mit Hilfe passender Spannungsteilung so gewählt ist, daß sich durch Änderung der Netzspannung bedingte Änderungen der Gleichspannung am Ladekondensator gleichmäßig über alle Siebröhren verteilen. i4..
  14. Anordnung nach Anspruch 2 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß bei Benutzung mehrerer mit Siebröhren ausgestatteter Siebglieder alle Glieder mit einer Regelspannung beschickt werden, deren Gang mit Hilfe passender Spannungsteilung so gewählt ist, daß sich durch Änderung der Netzspannung bedingte Änderungen der Gleichspannung am Ladekondensator ungleichmäßig über die Siebröhren verteilen, insbesondere daß die direkt auf den Ladekondensator folgende Siebröhre keine Änderung der mittleren Anodenspannung erfährt, um mit unverändertem Wechselwiderstand den Hauptbrumm aufnehmen zu können.
  15. 15. Anordnung nach Anspruch 2 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß bei Benutzung mehrerer mit Siebröhren ausgestatteter Siebglieder nur das erste dem Ladekondensator zugewandte Glied mit einer Regelspannung beschickt wird, deren Gang mit Hilfe passender Spannungsteilung so gewählt ist, daß diese Röhre die gesamte durch Änderung der Netzspannung bedingte Änderung der Gleichspannung am Ladekondensator aufnimmt, so daß alle folgenden Siebröhren ungeregelt bleiben.
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