DE916966C

DE916966C - Arrangement for generating high frequency voltages

Info

Publication number: DE916966C
Application number: DEA7140D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Gerhard Praetorius
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1939-09-08
Filing date: 1939-09-08
Publication date: 1954-08-23

Description

Anordnung zur Erzeugung von Hochfrequenzspannungen Für den Betrieb von Hochfrequenzöfen oder anderen Geräten, die mit gedämpfter Hochfrequenzspannung betrieben werden, sind Hochfrequenzgeneratoren mit Ent:adungsstrecken parallel zum Schwingungskondensator bekannt (Löschfunkensender). Diese haben aber nur einen sehr kleinen Wirkungsgrad durch die Verluste in der parallel geschalteten Funkenstrecke und die .aperiodische AufIdung des Kondensators.Arrangement for generating high frequency voltages for operation from high-frequency ovens or other devices that use attenuated high-frequency voltage are operated, are high-frequency generators with discharge paths parallel to the Oscillation capacitor known (extinguishing spark transmitter). But these only have one very low efficiency due to the losses in the spark gap connected in parallel and the .periodic charging of the capacitor.

Die Erfindung beseitigt diese Mänge:, indem bei Anordnungen zur Erzeugung von Hochfrequenzspannungen, insbesondere zur induktiven Erwärmung von Metallen, der Schwingkondensator über gesteuerte Entladungsstrecken, z. B. gittergesteuerte Dampf- oder Gasentladungsstrecken, gesteuerte Funkenstrecken oder um'.aufende Funkenstrecken aufgeladen und auch über gesteuerte Entladungsstrecken auf die Schwingspu:,e entladen wird und indem die Entladung des Kondensators jeweils in einer Zeit erfolgt, in der die Aufladestrecken nicht leitend sind und umgekehrt. Die Steuerung der Entladungsstrecken kann vorteilhaft durch eine Wechselspannung höherer Pieriodenxahl erfolgen, die z. B. einer Maschine, einem Röhrensender oder einem Kippschwinggerät entnommen wird, deren Frequenz in möglichst weiten Grenzen regelbar ist, wodurch sich dann in einfachster Weise eine stufenlose Leistungsregelung der Anordnung durch Regelung der Anzahl der sekundlichen Entladungen erzielen läßt. Es kann aber auch durch geeignete Einfügung von Spannungen, die in dem Hochfrequenzgen@eratorohnehin entstehen, eine selbsttätige Steuerung bewirkt werden.The invention eliminates these shortcomings: by adding to arrangements for generating of high-frequency voltages, especially for inductive heating of metals, the oscillating capacitor via controlled discharge paths, e.g. B. grid controlled Steam or gas discharge gaps, controlled spark gaps or surrounding spark gaps charged and also discharged to the oscillating coil via controlled discharge sections is and by the discharge of the capacitor takes place in each case in which the charging paths are not conductive and vice versa. The control of the discharge paths can advantageously be done by an alternating voltage of higher Pieriodenxahl, the z. B. is taken from a machine, a tube transmitter or a tilting oscillating device, the frequency of which can be regulated within the broadest possible limits, which is then in the simplest possible way Way a stepless power regulation of the arrangement by regulating the number the secondary discharges can be achieved. But it can also be done by appropriate insertion of voltages that arise in the high-frequency generator anyway Control can be effected.

Ein Beispiel für ,einen, Hochfrequenzgenerator nach der Erfindung zeigt Fig. i. Der Ladekandensator i i liegt ständig an einer Gleichspannung oder einer dem Transformator I entnommenen Wechselspannung üblicher Frequenz. Er dient also gleichzeitig als Energiespeicher und, bei der Speisung aus einem Wechselstromnetz, zur Verbesserung des Leistungsfaktors. Bei öffnung des Rohres 13 durch leine positive Vorspannung des Gitters über dem. Steuertransformator 14 wird der Kondensator 21 über die Drossel 12 aufgeladen, und zwar auf fast die doppelte Spannung des Kondensators i i, wenn, die Verluste des Kreises gering sind. Zu derselben Zeit hat das Gitter des Rohres 23 i eine stark negative Spannung, so daß, der Kreis dieses Rohres gesperrt ist. Erst nach Beendigung dies Ladevorganges des Kondensators 2 i und wenn die Gitterspannung des Rohres 13 negativ und dessen Sperrfähigkeit wieder erreicht ist, erhält das Rohr 23i eine positive Gitterspannung gegenüber der Kathode, so da.ß jetzt ein Strom in dem Entlaäiekreis 21, 22, 231 fließt. Dia sich in dem Kreis nur geringe ohmsche Widerstände befinden, erfolgt die Entladung des Kondensa tiors 21 in einer gedämpften Schwingung, deren Rückstrom über das umgesteuerte Ventil 232 fließt. Der beschriebene Vorgang wiederholt sich, wenn die Hochfrequenzschwingung abgeklungen ist und das Gitter des Rohres 23 i wieder negativ geworden ist, durch öffnen des Rohres 13. Diesle Schaltung läßt sich zur Erzielung größerer Leistung auch, wie in Fig. 2 dargestellt ist, dreiphasig für den Anschluß an das Drehstromnetz ausbilden, so daß hochfrequente Schwingungszüge ohne größere Lücken erzeugt werden können. Die Vorgänge in den einzelnen Kreisen der Fing. 2 sind die gleichen wie in der oben beschriebenem Schaltung.An example of a high frequency generator according to the invention is shown in FIG. The charging capacitor ii is constantly connected to a direct voltage or an alternating voltage of the usual frequency taken from the transformer I. It thus serves both as an energy store and, when fed from an alternating current network, to improve the power factor. When opening the tube 13 by a positive bias of the grid over the. Control transformer 14, the capacitor 21 is charged via the choke 12, to be precise to almost twice the voltage of the capacitor ii, if the losses in the circuit are low. At the same time the grid of the tube 23 i has a strongly negative voltage, so that the circle of this tube is blocked. Only after the end of the charging process of the capacitor 2 i and when the grid voltage of the tube 13 is negative and its blocking capability is reached again, the tube 23i receives a positive grid voltage with respect to the cathode, so that a current is now in the discharge circuit 21, 22, 231 flows. Since there are only low ohmic resistances in the circuit, the capacitor 21 is discharged in a damped oscillation, the return current of which flows through the reversed valve 232. The process described is repeated when the high-frequency oscillation has subsided and the grid of the tube 23 i has become negative again, by opening the tube 13. This circuit can also be three-phase for the to achieve greater power, as shown in FIG Form connection to the three-phase network, so that high-frequency vibratory trains can be generated without major gaps. The processes in the individual circles of the fing. 2 are the same as in the circuit described above.

Wird neben dem Rohr 131 ein zweites, entgegengesetzt geschaltetes Rohr 132 verwendest und das Rohr 232 steuerbar ausgeführt (Fig. 3), so kann die positive und negative Halbwelle der Wechselspannung ausgenutzt werden, und die übertragene Leistung steigt durch diese einfache Maßnahme gegenüber der mit der Schaltung nach Fig. i erzielten auf das Doppelte.If next to the pipe 131 a second, oppositely connected Use pipe 132 and run the pipe 232 controllable (Fig. 3), the positive and negative half-wave of the alternating voltage are used, and the transmitted This simple measure increases performance compared to that with the circuit Fig. I scored twice.

Während in dem Ladekreis die Stromstärke durch die Bemessung der Iniduktiviität 12 leicht in dien für die Ventile zulässigem. Grenzen gehalten werden kann., müßten bei größeren Leistungen in dem Entladestromkreis Ventile mit sehr hohem Spitzenstrom verwendet werden. Deshalb kann besonders in dem E:nt:adekreis -die Verwendung seiner gesteuerten Funkenstrecke zweckmäßig sein. Fig. 4 zeigt ein Beisspiel hierfür. Der Lade- und Entladevorgang ist der gleiche wie in den -oben beschriebenen Schaltungen. Die gesteuerte Funkenstrecke 23 kann z. B. folgendermaßen aufgebaut werden: Der Ahstanda wird so gewählt, daß er bei einer Spannung von i,4 U2i überschlagen würde, während b für eine Spannung von etwa o,8 U2i bemessen ist. Die Elektrode B erhält :eine Steuerspannung in Form einer Hochfrequenz oder Kippspannung von etwa o,5 U2i. Dien Steuervorgang ist dann folgendermaßen: An dem Kond-ensaor i i liegt eine positive Spannung. Dias Gitter der Röhren 131 und 132 wird gerade positiv, so d:aß das Ventil 131 öffnet und der Kondensator 2 i ientladen wird. Die Elektrode B ist in dieser Zeit spannungslos oder hat positives Potential gegenüber C, so daß die Strecken mit einer geringeren Spannung belastet ist, als ihrer Festigkeit entspricht, und somit sperrt. Wird Steuergitter und Steuerelektrode- :ach der erforderlichen EntionIsierungs.zeit des Rohres 131 negativ, so ist der Ladekreis gesperrt, während der Hochfrequienzk:reis ,entladen wird, da jetzt die Sperrspannung der Strecke ;a überschritten wird und dann auch der überschlag .der Strecke b erfolgt. Ebenso wie die Entladungsstrecken des Hochfrequenzikreises können auch die des. Ladekreises durch gesteuerte Fun kenstrecken ersetzt werden.While in the charging circuit the amperage is determined by the measurement of the inductivity 12 easily allowed in dien for the valves. Limits can be kept., Should in the case of higher outputs in the discharge circuit, valves with a very high peak current be used. Therefore, especially in the E: nt: adekreis -the use of his controlled spark gap be appropriate. Fig. 4 shows an example of this. Of the The charging and discharging process is the same as in the circuits described above. The controlled spark gap 23 can, for. B. be structured as follows: The Ahstanda is chosen so that it would flash over at a voltage of 1.4 U2i, while b is dimensioned for a voltage of about 0.8 U2i. The electrode B receives : a control voltage in the form of a high frequency or breakover voltage of about 0.5 U2i. The control process is then as follows: There is a positive at the condenser i i Tension. The grid of tubes 131 and 132 is going positive just now, so the valve ate 131 opens and the capacitor 2 i is discharged. The electrode B is in this Time de-energized or has a positive potential with respect to C, so that the lines is loaded with a lower tension than corresponds to its strength, and thus locks. Will control grid and control electrode: after the required deionization time of the pipe 131 negative, the charging circuit is blocked, while the high-frequency circuit: rice , is discharged, since the reverse voltage of the path; a is now exceeded and then the rollover. of the distance b takes place. Just like the discharge lines of the high-frequency circuit can also be used for the charging circuit through controlled spark gaps be replaced.

Die Steuerspannung kann auch, statt einer getrennten Hochfrequenzspannungsquelle oder einem Kippgerät ientnommen zu werden, direkt in der Schaltung erzeugt werden. Als ein Ausführungsbeispiel einer solchen selbsttätigen Steuerung sei eine Ausführung für die Schaltung nach Fig. i in Fig. 5 gezeigt. Für dass Laderohr 13 wird die Steuerspannuing seiner Kippschaltung entnommen, die aus dem Kondensator 15, dem Widerstand 16, dem Kipprohr 17 und der Primärspule des übiertragers 18 besteht. Durch diese Kippspannung wird das Rohr 1a gezündet und dadurch der Kondensator 2i aufgeladen. Jetzt lädt die Spannung des Kondensators 2 i über den Widerstand 26 den Kondensator 2 5 ;auf, bis die Gitterspannung an dem Rohr 23i so. groß geworden ist, daß es zündet. Die Einstellung des Ladewiderstandes 26 und der Kapazität 25 dieses Kreises ruß dabei so erfolgen, daß die EntUdeschwingung erst dann erfolgt, wenn das Laderohr 13 seine wieder erreicht hat.The control voltage can also be generated directly in the circuit instead of being taken from a separate high-frequency voltage source or a flip-flop device. An embodiment for the circuit according to FIG. 1 is shown in FIG. 5 as an embodiment of such an automatic control. For the charging tube 13, the control voltage is taken from its flip-flop circuit, which consists of the capacitor 1 5, the resistor 1 6, the tilting tube 17 and the primary coil of the transfer carrier 18. This breakover voltage ignites the tube 1a and thereby charges the capacitor 2i. Now the voltage of the capacitor 2 i charges the capacitor 2 5 via the resistor 26 until the grid voltage on the tube 23 i so. has grown so that it ignites. The setting of the charging resistor 26 and the capacity 25 of this circuit soot take place in such a way that the de-oscillation only takes place when the charging tube 13 has reached its limit again.

Als gesteuerte Entladungsstrecken können in den gleichen Schaltungen, wie oben angegeben, nach der Erfindung auch urilaufende Schaltfunkenstrecken verwendet werden, die je nach Schaltung asynchron oder durch einen Synchronmotor angetrieben werden. Ihre Schaltaugenblicke sind durch Verschiebung der feststehenden Kontakte einstellbar. Zur Erhöhung der Übertragungsleistung können mehrere Umladungen des Kondensators pro Umlauf dadurch erzielt werden, daß auf dem Umfang der rotierenden Funkenstrecke mehrere parallel geschaltete feste Kontakte angeordnet werden. Durch Veränderung ihrer Zahl ist die Regelung der übertragenen Leistung möglich. Ein :allgemeiner Vorteil dien gesteuerten Funkenstrecken gegenüber Dampfentliaduingsstrecken mit Ventilcharakter ist darin zu -sehen, daß sie mit beliebiger Stromstärke belastet werden können und daß keine eindeutige Stromdurch'.aßrichtung besteht und somit nur eine Entladungsstrecke statt zwei gegensinnig parallel geschalteter notwendig ist.As controlled discharge paths, in the same circuits, As stated above, non-running switching spark gaps are also used according to the invention which, depending on the circuit, are driven asynchronously or by a synchronous motor will. Your switching moments are by moving the fixed contacts adjustable. To increase the transmission capacity, the Capacitor per revolution can be achieved that on the circumference of the rotating Spark gap several fixed contacts connected in parallel can be arranged. By By changing their number, it is possible to regulate the power transferred. A: more general The advantage of controlled spark gaps compared to steam discharge gaps The valve character is to be seen in the fact that it loads with any current strength and that there is no clear direction of flow through, and thus only one discharge path is necessary instead of two oppositely connected in parallel is.

Zweckmäßig werden beide Funkenstrecken, die Lade- und Entladestrecke, von einem gemeinsamen Motor ,angetrieben. Eis ist so sehr leicht zu erreichen, daß bei Gegenüberstellung der Kontakte einer Funkenstrecke die der anderen so weit entfernt sind, diaß hier kein Überschlag erfolgt. So kann beispielsweise der Kondensator über einen Schleifkontakt an der Welle des rotierenden Schalters mit dem bewegIchen Pol desselben verbunden werden. Es wird jetzt abwechselnd der Kondensator über einen Kontakt aufgeladen und über den nächsten entladen, wenn Lade- und, Entladekontakt abwechselnd angeordnet sind. Wird der rotierende Kontakt nicht einseitig, sondern symmetrisch ausgebildet, können die Lade- und E.ntladekontakte radial versetzt und in entsprechender Phasenverschiebung angeordnet werden. Bei Verwendung höherer Spannung ist auch möglich, zwei axial versetzte Systeme vorzusehen, die je einer Funkenstrecke entsprechen. Durch Verbendung der Ladekontakte mit dem Drehstromnetz kann bei synchronem Antrieb eine lückenlose Folge von Entladungen erzielt werden, Ein Beispiel hierfür zeigt Fig. 6 z. B. für einen Antrieb :mit 3000 Umdr./Min. Der innere Kreis stellt die Ladekontakte dar. In der lkrken Bildhälftie befinden sich auf je 1/s Kreisumfang verteilt die mit dem Drehstromnetz verbundenen Kontakte, während die Kontakte der rechten Bildhälfte .mit dem einen Kondensatorbelag verbunden sind. Einige Zentimeter axial versetzt befinden sich die Entladckontakte, die jeweils auf Lücke zu dien Ladekontakten angeordnet sind. Sie sind .in der Zeichnung durch Anordnung auf einen Kreis .mit etwas größerem Durchmesser gekennzeichnet. Die Kontakte der rechten Bildhälfte sind wieder mit dem Kondensator und die der linken diesmal mit dem Entladekreis verbunden. Durch die Anordnung der Kontakte in zwei Ebenen (Ladekontakte und Entladekontakte je in einer Ebene mit je einem eigenen Schaltarm) werden die Entionisierungsbedin;gu,rvgen der Schaltstrecken verbessert. Gegebenenfalls ist auch eine weitere Unterteilung in mehr als zwei Ebenen vorteilhaft.Both spark gaps, the loading and unloading path, are expediently driven by a common motor. Ice is so very easy to reach that when the contacts of one spark gap are compared with those of the other, they are so far away that no flashover occurs here. For example, the capacitor can be connected to its moving pole via a sliding contact on the shaft of the rotating switch. The capacitor is now alternately charged via one contact and discharged via the next if the charging and discharging contacts are arranged alternately. If the rotating contact is not designed on one side, but rather symmetrically, the charging and discharging contacts can be offset radially and arranged with a corresponding phase shift. When using a higher voltage, it is also possible to provide two axially offset systems, each corresponding to a spark gap. By connecting the charging contacts to the three-phase network, a continuous sequence of discharges can be achieved with synchronous drive. An example of this is shown in FIG. B. for a drive: with 3000 rev / min. The inner circle represents the charging contacts. In the left half of the picture, the contacts connected to the three-phase network are distributed over a circumference of 1 / s each, while the contacts in the right half of the picture are connected to one capacitor plate. The discharge contacts are axially offset by a few centimeters and are each arranged with a gap to the charging contacts. They are identified in the drawing by being arranged on a circle with a slightly larger diameter. The contacts on the right half of the picture are again connected to the capacitor and those on the left this time to the discharge circuit. By arranging the contacts in two levels (charging contacts and discharging contacts each on one level, each with its own switching arm), the deionization conditions for the switching paths are improved. If necessary, a further subdivision into more than two levels is also advantageous.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Arrangement for the generation of high-frequency voltages, in particular for the in-dwctive heating of metals, characterized in that the oscillating capacitor is via controlled development: 4dungsstnecken, z. B. grid-controlled steam or gas discharge lines, controlled spark gaps or circumferential spark gaps: aden and is also discharged via stoned discharge paths to the voice coil and that the discharge of the capacitor takes place in a time in which the charging paths are not conductive and vice versa. a. Arrangement according to Claim i, characterized in that the capacitor is charged in one or more phases from an alternating current network of the usual frequency. 3. Arrangement according to claim i or z, characterized in that the higher-frequency control voltages for the discharge paths are supplied by a special high-frequency source (machine, tube transmitter, tilting device). q .. Arrangement according to claim i. or z, characterized in that the control voltages for the discharge paths are taken from the main circuits of the arrangement, if necessary via additional circuit means and discharge paths. 5. Arrangement not claim i or following when using the um'.aufenden spark! Routes as discharge routes in the main-'circles, characterized in that a plurality of parallel-connected contacts are arranged on the circumference. 6. Arrangement according to claim 5, characterized in that the charging and discharging contacts are offset from one another in such a way that, due to the mechanical sequence, the charging of the capacitor always takes place at a time in which no discharge occurs and vice versa. 7. Arrangement according to claim 5 and 6, characterized in that äe charging and discharging contacts are arranged in two or more planes.