DE966874C

DE966874C - Vorrichtung zur phasenstarren Kurzzeitschaltung in Drehstromanlagen, insbesondere Drehstromroentgenapparaten

Info

Publication number: DE966874C
Application number: DES30538A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Ottfried Schott
Original assignee: Siemens Reiniger Werke AG
Current assignee: Siemens Reiniger Werke AG
Priority date: 1952-10-05
Filing date: 1952-10-05
Publication date: 1957-09-12
Also published as: NL102327C; BE523011A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur phasenstarren Kurzzeitschaltung in Drehstromanlagen, insbesondere Drehstromröntgenapparaten.

Es ist bekannt, bei durch Wechselspannung betriebenen Anlagen definierte kurze Betriebszeiten durch phasenstarre, d. h. jeweils in einem bestimmten Punkt der Spannungskurve, und zwar vorzugsweise im Spannungsnulldurchgang oder kurz vor dem Spannungsnulldurchgang erfolgende Ein- und Abschaltung zu erzielen.

Besonders bei Röntgenapparaten benutzt man als Steuerspannung für die Zeitschaltmittel die Betriebswechselspannung, und hat auf diese Weise bisher eine kürzeste Schaltzeit und eine Änderung der Schaltzeit von Halbperiodendäuer erzielt.

Es ist weiterhin eine Vorrichtung zur Anschaltung eines Verbrauchers für Bruchteile einer Wechselspannungsperiode an eine Wechselspannungsquelle bekannt, bei der zur Variation der Schaltzeit Mittel zur Erzeugung einer in ihrer Phasenlage kontinuierlich veränderbaren Steuerspannung vorgesehen sind. Zur Ein- und Ausschaltung von Röntgenapparaten sind derartige Vorrichtungen unvorteilhaft, da Röntgenapparate zur Entlastung der Schaltschütze phasenstarr in den Nulldurchgängen der Speisespannung abzuschalten sind,

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ohne daß hierzu — wie bei den bekannten Vorrichtungen — eine Feineinstellung der Phase der Steuerspannung ■— etwa von Hand — vorzunehmen ist.

Zur phasenstarren Abschaltung von Weohselspanmmgsquellen ist es bekannt, als Steuerspannung die abzuschaltende Wechselspannung selbst oder eine phasenstarr mit ihr gekoppelte heranzuziehen und Mittel vorzusehen, die in Abhängigkeit ίο von der Phase dieser Spannung das Abschaltorgan ■— vorzugsweise im Nulldurchgang der Wechselspannung — betätigen. Eine Vorrichtung zur Kurzzeitschaltung, auf die sich die Erfindung bezieht, steuert jedoch sowohl das Einschaltorgan als auch das Ausschaltorgan für die Speisewechselspannung. Die Erfindung hat zur Aufgabe, bei Vorrichtungen zur phasenstarren Kurzzeitschaltung in Drehstromanlagen, insbesondere Drehstromröntgenapparaten, auch kürzere Schaltzeiten als von HaIbperiodendauer zu erzielen und den Ein- bzw. Abschaltpunkt um definierte Bruchteile einer Halbperiode zu verschieben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß getrennte Schaltmittel für üie Ein- und Abschaltung der Betriebsspannung durch Wechselspannungen erregt bzw. gesteuert werden, deren gegenseitige Phasenlage um definierte Bruchteile einer Halbperiode änderbar ist. Die Spannungen verschiedener Phasenlage werden dabei durch passende Wahl der in einem Drehstromnetz zur Verfügung stehenden Einphasenspannungen erhalten. So sind die Leiterspannungen RT, RS, TS, TR, SR und ST in ihrer Phase um je 6o° gegeneinander verschoben, während die entsprechenden Strangspannungen gegen die Leiterspannungen um je 30⁰ phasenverschoben sind, so daß danach das Drehstromnetz zwölf um je 30⁰ in ihrer Phase gegeneinander verschobene Spannungen liefert. Durch passende Wahl je zweier dieser Spannungen für die Steuerung der Schaltmittel für die Ein- und Abschaltung läßt sich daher die Einschaltdauer um jeweils V12 Periode verändern und daher auch eine Einschaltdauer von Halbperiodenlänge unterschreiten. Praktisch geht man dabei so vor, daß man eines der Schaltmittel ständig durch die gleiche Leiter- bzw. Strangspannung steuert, während das andere Schaltmittel nacheinander durch verschiedene der Leiter- bzw. Strangspannungen gesteuert wird.

Das Prinzip des Erfindungsgegenstandes soll in zwei Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnungen, von denen

Fig. ι eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung, Fig. 2 ein Diagramm zur Verdeutlichung der Schaltvorgänge der Anordnung nach Fig.· 1 und Fig. 3 die Schaltung eines Drehstromröntgenapparates mit einer Zeitschaltvorrichtung nach der Erfindung darstellen, erläutert werden.

Die Fig. 1 zeigt im rechten Teil die drei Leiter R₁ S und T eines Drehstromnetzes, an das über den -60 Kontaktsatz α eines Einschaltschützes A und den Kontaktsatz b eines Abschaltschützes B ein Drehstromverbraucher ι an Spannung gelegt werden kann. Im Ausführungsbeispiel werden zur Veränderung der Einschaltdauer des Verbrauchers 1 als Steuerspannungen jeweils zwei der sechs Leiterspannungen benutzt, wodurch eine Verschiebung des Ein- bzw. Abschaltpunktes um Ve einer Periode erreicht wird.

Die Schaltschütze A und B werden durch Gastrioden 2, 3 gesteuert, wobei die Fig. 1 denjenigen Zustand der Schaltvorrichtung zeigt, der zur Zeit des leitenden Zustandes dieser Röhren herrscht. Die das Abschaltschütz B steuernde Triode 3 liegt ständig an der Leiterspannung RS, und das in seinem Anodenstromkreis liegende Relais C hält durch seinen Arbeitskontakt c die Spule des Schaltschützes B unter. Spannung.

Die das Einschaltschütz A steuernde Triode 2 kann durch einen Schalter 6 an eine der sechs Leiterspannungen RT, RS, TS, TR, SR und ST des Drehstromnetzes RST gelegt werden, wobei der Schalter 6 zweckmäßig derart angeschlossen ist, daß die nach jedem Fortschalten abgegriffene Spannung um 6o° gegen die zuvor abgegriffene Spannung phasenverschoben ist. Im Anodenkreis der Triode 2 ist ein Relais D angeordnet, dessen Ruhekontakt d die Spule des Einschaltschützes A von der Erregerspannung trennt.

Die Gittervorspannungen der Trioden 2 und 3 werden durch je eine Batterie 4, 5 gewonnen, wobei der Gitterkreis der Triode 3 einen Kondensator 9 mit parallel geschaltetem, veränderbarem Widerstand 10 enthält, dessen Aufgabe bei der nachfolgenden Beschreibung der Wirkungsweise der Vorrichtung erläutert werden soll,

Zur Auslösung einer Schaltung wird der Kontakt 12 geöffnet und" gleichzeitig der Kontakt 11 geschlossen (J₁ in Fig. 2). Dadurch sinkt-die Gitterspannung der Triode 2 momentan auf einen negativen Wert, und die nächstfolgende positive Halbwelle wird "gesperrt, so daß das Relais D stromlos wird "und nach einer gewissen Zeit (i₂ in Fig. 2), die durch die Abfallzeit,des Relais D und die Ansprechzeit des Einschaltschützes A gegeben ist,_ der Kontaktsatz α des Einschaltschützes A geschlossen wird. Damit ist der Verbraucher 1 an das Drehstromnetz angeschlossen (s. Fig. 2 a). Durch die ebenfalls zur Zeit t_± erfolgende Öffnung des Kontaktes 12 kann sich der Kondensator 9 über den Widerstand 10 entladen, und dadurch sinkt das Gitterpotential U_k der Triode 3, wie in Fig. 2 c dargestellt. Sobald dabei die Zündspannung der Triode 3 unterschritten ist, wird das Relais C infolge der Sperrung der Triode 3 stromlos und die Spule des Abschaltschützes B durch öffnen des Kontaktes c von der Spannung getrennt. Nach einer Zeit (i₃ in Fig. 2), die wiederum durch die Abfallzeiten des Relais C und des Schaltschützes B gegeben ist, wird der Verbraucher von der Netzspannung abgetrennt. Die gestrichelt dargestellte Sinuslinie in Fig. 2 a verdeutlicht die Verhältnisse mit einer um 6o° phasenverschobenen Spannung zur Steuerung der Schützspule A, die durch die gestrichelt angedeutete Stellung des Schalters 6 erzielt wird, wobei die Schließung des Kontaktsatzes a des Schaltschützes A bereits Ve Periode früher erfolgt

(ί₂ in Fig. 2), während der Öffnungszeitpunkt des Kontaktsatzes b des Schaltschützes B (i₃ in Fig. 2) mverändert bleibt.

Es liegt im Bereich der Erfindung, die Schützspulen nicht parallel zu den Trioden 2 und 3 zu schalten, sondern diese zur Korrektur bzw. Veränderung der Verzögerungszeiten zwischen dem Zünden der Trioden und dem Schließen der Schaltschützkontaktsätze von einer anderen als der die Anodenspannung der entsprechenden Triode liefernden Leiter- bzw. Strangspannung des Drehstromnetzes erregen zu lassen, wobei dann jedoch bei der Veränderung der Schältzeit die Phase der Anodenspannung für die Triode 2 und die Phase der Er-

x5 regerspannung des Schaltschützes A um den gleichen Betrag geändert werden müssen, damit die Schaltverzögerungszeiten konstant bleiben.

Im oberen Teil der Fig. 3 ist die Schaltung eines Drehstromröntgenapparates mit einem auf Ober- und Unterspannungsseite im Stern geschalteten Drehstromtransformator 20, einem Gleichrichterteil, bestehend aus sechs in Grätzschaltung angeordneten Ventilen 21 bis 26 und angeschlossener Röntgenröhre 2j dargestellt. Die Röntgenröhre 2j wird durch den Transformator 28 geheizt, während Regeleinrichtungen im Primärkreis des Heiztransformators zur Einstellung des Röhrenstromes der Übersichtlichkeit halber fortgelassen sind.

Durch die gleichzeitige Verstellung dreier Schleifer 29, 30, 31 kann das Übersetzungsverhältnis des Drehstromtransformators 20 und damit die an der Röhre 27 „rzielbare Hochspannung geregelt werden. Die Schleifer 29, 30, 31 sind mit den Anschlüssen R, S, T eines Drehstromnetzes unter Zwischenschaltung der Kontaktsätze e und / zweier Schaltschütze E und F zum Ein- bzw. Abschalten der Netzspannung verbunden. Durch die im folgenden zu beschreibende Zeitschalteinrichtung erfolgt die Abschaltung der Spannung des Drehstromtransformators derart, daß beispielsweise der mittlere Kontakt des Kontaktsatzes / kurz vor dem Nulldurchgang der Strangspaimung 5 geöffnet wird, während die beiden anderen Kontakte — bei 5operiodiger Netzspannung — erst 5 Millisekunden später und damit kurz vor dem Nulldurchgang der Leiterspannung TR geöffnet werden. Man erreicht diese Schaltfolge zweckmäßig durch eine entsprechende Ausbildung des Kontaktsatzes / des Schaltschützes F.

Zur Steuerung der Einschaltdauer des Röntgenapparates dienen die im unteren Teil der Fig. 3 dargestellten Schaltanordnungen. An einer Wechselspannungsquelle 32 liegen in Parallelschaltung die Relais G und H, das Abschaltschütz F sowie die Reihenschaltung eines Relais / mit einer Gastriode 33. In Reihe mit dem Relais G liegt ein Schalter 56, vor dem Relais H ein verzögert schließender Kontakt g des Relais G und vor dem Abschaltschütz F der Kontakt I₁ des Relais /. Ein Konden-

sator 34 kann durch den Umschaltkontakt h des Relais H entweder an eine· Gleichspannungsquelle 35 oder über den Widerstand 36 zwischen Kathode und Gitter der Triode 33 geschaltet werden. Der im letzteren Falle dem Gitter der Triode 33 mitgeteilten negativen Gleichspannung ist durch einen Schaltkreis, bestehend aus Transformator 37, Kondensator 38 und Spannungsteiler 39, eine gegenüber der Wechselspannung an der Triode 33 um 90⁰ phasenverschobene Wechselspannung überlagert. Parallel zu dem Kondensator 34 liegt ein stufenweise einstellbarer Entladewiderstand 40 in Reihe mit dem Kontakt i₂ des Relais /. Eine zweite Gastriode 41, die in ihrem Anodenkreis die Spule des Einschaltschützes E und einen Hilfskontakt Z₁ des Abschaltschützes F enthält, und eine Hochvakuumtriode 42, in deren Anodenkreis ein Widerstand 43 angeordnet ist, liegen, an einer Gleichspannungsquelle 44. Von der Anode der Triode 42 führt eine Verbindung über einen Kondensator 45 und einen .Widerstand 46 zum Gitter derTriode4i. Eine zweite Gleichspannungsquelle 47 liefert die Spannung für einen Spannungsteiler 48, dessen eines Ende mit der Kathode der Triode 41 und dessen veränderbarer Abgriff 57 einerseits über den Kondensator 49 und den Widerstand 50 mit der Verbindungsleitung des Kondensators 45 und des Widerstandes 46 und andererseits über den Kontakt i₃ des Relais / und den Widerstand 51 mit dem positiven Pol der Spannungsquelle 44 in Verbindung steht. Der Kondensator 49 kann durch den _go Kontakt i₃ des Relais / kurzgeschlossen werden. Zwischen Gitter und Kathode der Triode 42 kann durch die Schaltvorrichtung 52 eine Wechselspannung gelegt werden, deren Phasenlage erfindungsgemäß stufenweise um' je 6o° veränderbar ist. Zur gg Lieferung dieser Spannung dient ein Drehstromtransformator 53, dessen drei Sekundärwicklungen in der Mitte angezapft und gemeinsam mit der Kathode der Triode 42 verbunden sind.- Je eines der sechs Sekundärwicklungsenden ist mit einem _ΧΟο Kontaktstück verbunden und kann mittels des einstellbaren Kontaktes 54 über den Widerstand 55 an das Gitter der Triode 42 angeschlossen werden. Weitere Einzelheiten des Schaltungsaufbaus ergeben sich besser aus der nachfolgenden Schilderung der Wirkungsweise der Anordnung.

Durch Einschalten der Wechselspannungsquelle 32 wird die Triode 33 infolge Fehlens einer negativen Gittervorspannung Strom führen, und das Relais / wird erregt, dessen Kontakt I₁ geöffnet n₀ wird und ein Schließen des Kontaktsatzes f des Schaltschützes F verhindert. Der Kontakt i₂ wird geöffnet, und durch das Schließen des Kontaktes i₃ wird der Kondensator 49 kurzgeschlossen, wodurch das Gitter der Triode 41 gegenüber der Kathode n₅ ein negatives Potential annimmt. Beim Anlegen einer Dreiphasenspannung an die Anschlüsse 2?,5",Γ ' gelangt eine Wechselspannung an das Gitter der Triode 42, die dadurch so weit ausgesteuert wird, daß die Spannung ihrer Anode gegenüber der Kathode einen rechteckförmigen Verlauf zeigt. Diese Reehteekimpulse werden an dem i?-C-Glied 45, So differenziert und erzeugen am Gitter der Triode 41 bei der Änderung des Anodenpotentials der Triode positive bzw. negative Spannungsspitzen, die sich der am Gitter der Triode 41 bei geschlossenem

Kontakt i_s herrschenden negativen Spannung überlagern. Durch Schließen des Schalters 56 wird das Relais G erregt, dessen Kontakt g verzögert schließt und damit dem Relais H Spannung zuführt. Während dieser Verzögerungszeit können durch weitere nicht dargestellte Kontakte des Relais G die für eine Röntgenaufnahme erforderlichen vorbereitenden S ehalt vorgänge, wie Vorheizen der Röhre und Ventile sowie das Anlaufen der Drehanode, bewirkt werden. Mit der Erregung des Relais H wird durch den Umschaltkontakt h die Spannung des Kondensators 34 dem Gitter der Triode 33 zugeführt. Diese negative Gitterspannung ist derart gewählt, daß trotz der überlagerten Wechselspannung die nächstfolgende positive Halbwelle des Anodenstromes der Triode 33 vollkommen gesperrt wird, wodurch eine phasenstarre Abschaltung des Relais I erzielt wird. Mit dem Stromloswerden des Relais / schließt sich dessen .20 Kontakt i_i und legt das Abschaltschütz F an Spannung, dessen dreipoliger Kontaktsatz / die Anschaltung des Transformators 20 an das Drehstromnetz RST vorbereitet und dessen Hilfskontakt f₁ der Triode 41 Anodenspannung zuführt. Nach Schließung des Kontaktes i₂ beginnt sich der Kondensator 34 über den Widerstand 40 je nach dessen entsprechend der gewünschten Schaltdauer eingestelltem Wert mehr oder weniger schnell zu entladen. Durch das öffnen des Kontaktes J₃ wird bewirkt, daß der Kondensator 49 über den Widerstand 51 allmählich aufgeladen wird, wobei das Potential des Gitters der Triode 41 ansteigt. Durch eine der dieser ansteigenden Gittergleichspannung überlagerten Spannungsspitzen wird die Triode 41 gezündet und dadurch dem Einschaltschütz E Spannung zugeführt, über dessen Kontaktsatz e die Einschaltung des Transformators 20 erfolgt. Durch die Verschiebung der der ansteigenden Gittergleichspannung' überlagerten Spannungsspitzen mittels des verstellbaren Kontaktes 54 läßt sich der Einschaltpunkt um Ve Periode der Betriebswechselspannung verschieben. Der Abgriff 57 des Spannungsteilers wird automatisch mit der Einstellung des Kontaktes 54 derart verstellt,-daß die negative Gittervorspannung um einen Betrag geändert wird, der ihrem Potentialanstieg während einer der zeitlichen Verschiebung der Spannungsspitzen entsprechenden Zeit entspricht, so daß die die Zündung der Triode 41 bewirkende Spannungsspitze in jedem Falle die notwendige Zündspannung um den gleichen Betrag übersteigt. Wenn die negative Spannung des Kondensators 34 genügend abgesunken ist, wird die Triode 33 wieder gezündet, und zwar exakt zu Beginn einer neuen -positiven Halbwelle, da die der absinkenden negativen Gittergleichspannung überlagerte Wechselspannung in diesem Zeitpunkt ihren maximalen positiven Wert hat. . Das Relais / erhält wieder Spannung, dessen Ruhekontakt J₁ sich öffnet und damit die Abschaltschützspule F stromlos werden läßt, so daß der Kontaktsatz / des Schützes F den Transformator 20 von der Dreiphasenspannung abtrennt, und zwar, wie oben beschrieben, kurz vor dem Nulldurchgang der Strangspannung ,S". Durch öffnen des Hilf skontaktes f des Abschaltschützes ,F wird auch der Kontaktsatz e des Einschaltschützes E wieder geöffnet. Nach Öffnen des Schalters 56 werden nacheinander die Relais G und H von der Spannung getrennt, und die Anordnung nimmt wieder ihren Ausgangszustand an.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Vorrichtung zur phasenstarren Kurzzeitschaltung in Drehstromanlagen, insbesondere Drehstromröntgenapparaten, dadurch gekennzeichnet, daß getrennte Schaltmittel für die Ein- und Abschaltung der Betriebsspannung durch Wechselspannungen erregt bzw. gesteuert werden, deren gegenseitige Phasenlage um definierte Bruchteile einer Halbperiode veränderbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuer- bzw. Erregerspannung einmal eine feste Einphasenspannung eines Drehstromnetzes benutzt und daß zur Veränderung der Schaltzeit die zweite Steuerspannung bzw. Erregerspannung aus den an einem Drehstromnetz abnehmbaren Einphasenspannungen auswählbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da- go durch gekennzeichnet, daß als Schaltmittel zur Ein- bzw. Abschaltung. der Betriebsspannung Wechselstromschaltschütze benutzt werden, deren Erregerwicklungen durch eine Spannung der gleichen Phasenlage erregt werden wie die Phasenlage der Spannung für die sie steuernden Schaltelemente.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Schaltschütze Gastrioden benutzt werden.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzöge- ' rungszeit zwischen der Erregung der Schaltelemente und dem Schließen bzw. dem öffnen der Schaltmittel durch verschiedene Wahl der Phasenlage der sie betreibenden Spannungen um Bruchteile einer Halbperiode veränderbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1

bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ver-Schiebung der Phasenlage des Einschaltpunktes bzw. des Abschaltpunktes um Ve Periode die sechs Leiterspannungen (RT, RS, TS, TR, SR und ST) dienen, wobei diese Spannungen derart über einen Schalter zugeführt werden, daß die Phase der nach jedem Fortschalten abgegriffenen Spannung um Va Periode gegenüber der Phase der zuvor abgegriffenen Spannung verschoben ist.

7. Vorrichtung nach einem- der An-Sprüche i, 2,.5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in ihrer Phasenlage veränderbare Steuerwechselspannung durch eine als Verstärker und Begrenzer geschaltete Elektronenröhre in einer Rechteckspannung abgewandelt wird, aus der durch Differentiation Spannungs-

impulse zur Steuerung der Schaltvorrichtung gewonnen werden.

8. Vorrichtung nach, Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsimpulse der Gittergleichspannung einer an einer Gleichspannung liegenden Gastriode überlagert sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gittergleichspannung von einem phasenstarren Zeitpunkt und von einem Ausgangswert, der trotz der überlagerten Spannungsimpulse zur Sperrung der Gastriode ausreicht, auf einen positiven Wert ansteigt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangswert der Gittergleichspannung zugleich mit der zeitlichen Verschiebung der Spannungsimpulse veränderbar ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gittergleichspannung einer an einer Wechselspannung liegenden Gastriode eine gegenüber dieser Wechselspannung um 90⁰ phasenverschobene Wechselspannung überlagert ist. - _a5

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 692 426, 527 383; USA.-Patentschrift Nr. 2 394 535.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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