DE975838C

DE975838C - Arrangement to compensate for the fluctuations in the output voltage of magnetic voltage regulators caused by frequency changes

Info

Publication number: DE975838C
Application number: DES1129A
Authority: DE
Inventors: Helmut Everding
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1949-12-28
Filing date: 1949-12-28
Publication date: 1962-10-31

Description

Anordnung zum Ausgleich der von Frequenzänderungen herrührenden Schwankungen der Ausgangsspannung von magnetischen Spannungsreglern Magnetische Spannungsregler gestatten, die Betriebsspannung eines Verbrauchers bis zu einem sehr hohen Genauigkeitsgrad konstant zu halten. Das ist aber nur dann der Fall, wenn die Betriebsfrequenz sehr genau konstant gehalten ist. Diese Bedingung ist mitunter nicht ohne weiteres gegeben, so daß dann die magnetischen Spannungsregler eine durch ihre Arbeitsweise bedingte starke Abhängigkeit von der Betriebsfrequenz zeigen. Will man auch bei schwankender Netzfrequenz einen hohen Grad der Konstanz der vom Regler gelieferten Spannung erzielen, so muß man, falls nicht der Belastungswiderstand selbst die gewünschte Frequenzabhängigkeit aufweist, zusätzliche Maßnahmen treffen. Werden besonders hohe Anforderungen an die Konstanz der vom Regler gelieferten Ausgangsspannung gestellt, wie dies z. B. bei Reglern der Fall ist, die die Primärspannung für den Hochspannungstransformator von Elektronenstrahlgeräten (beispielsweise Elektronenmikroskopen) liefern, so sind die hierfür bisher bekannten Mittel insbesondere dann oft nicht günstig, wenn die Frequenzschwankungen verhältnismäßig groß sind, z. B. 5% betragen, weil sich bei ihnen die nichtphasenreine Belastung, die durch den angeschlossenen Hochspannungstransformator gegeben ist, ungünstig auswirkt.Arrangement to compensate for the fluctuations resulting from changes in frequency the output voltage of magnetic voltage regulators Magnetic voltage regulators allow the operating voltage of a consumer to a very high degree of accuracy to keep constant. But this is only the case if the operating frequency is very high is kept exactly constant. This condition is sometimes not given without further ado, so that the magnetic voltage regulators are then conditioned by their mode of operation show strong dependence on the operating frequency. If you want even with fluctuating Mains frequency achieve a high degree of constancy of the voltage supplied by the regulator, so one must, if not the load resistance itself, have the desired frequency dependence take additional measures. Are particularly high demands on the constancy of the output voltage supplied by the regulator, as z. B. is the case with regulators that provide the primary voltage for the high voltage transformer from electron beam devices (e.g. electron microscopes), so are the means known so far for this are often not cheap, especially when the Frequency fluctuations are relatively large, e.g. B. 5% because themselves with them the non-phase load caused by the connected high-voltage transformer is given, has an unfavorable effect.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Ausgleichen der von Frequenzänderungen herrührenden Schwankungen der Ausgangsspannung von magnetischen Spannungsreglern durch einen an den Regler angeschlossenen Spannungsteiler, dessen Frequenzabhängigkeit in dem in Frage kommenden Frequenzbereich derjenigen des magnetischen Reglers entgegengesetzt verläuft. Erfindungsgemäß besteht der Spannungsteiler bei Belastung mit einem konstanten komplexen Widerstand, der durch die Primärwicklung eines'- angeschlossenen Transformators einschließlich des in die Primärwicklung transformierten Widerstandes der Bürde gebildet ist, aus einem frequenzunabhängigen, keine Phasenverschiebung bewirkenden Glied als Längswiderstand und einem den konstanten komplexen Belastungswiderstand als wesentlichen Bestandteil sowie einen diesem parallel geschalteten Blindwiderstand enthaltenden frequenzabhängigen Glied. Den Ausgang für die Bemessung des frequenzabhängigen Gliedes des Spannungsteilers bildet der komplexe Belastungswiderstand selbst, dem zur Erzielung des gewünschten Frequenzganges ein weiterer Blindwiderstand, der aus mehreren Elementen bestehen kann, parallel geschaltet ist.The invention relates to an arrangement for compensating for frequency changes resulting fluctuations in the output voltage of magnetic voltage regulators by means of a voltage divider connected to the regulator, its frequency dependency in the relevant frequency range opposite to that of the magnetic controller runs. According to the invention, the voltage divider exists when loaded with a constant complex resistance created by the primary winding of a transformer connected including the resistance of the burden transformed into the primary winding is formed from a frequency-independent, no phase shift causing Link as a series resistance and a constant complex load resistance as an essential component as well as a reactance connected in parallel to this containing frequency-dependent element. The output for the measurement of the frequency-dependent The element of the voltage divider is formed by the complex load resistance itself, the to achieve the desired frequency response a further reactance, the can consist of several elements, is connected in parallel.

Zum Ausgleich des Spannungsabfalles am Längswiderstand, der das frequenzunabhängige Glied des Spannungsteilers darstellt und durch einen ohmschen Widerstand gebildet sein kann, wird man gemäß der weiteren Erfindung am Eingang oder Ausgang des frequenzabhängigen Spannungsteilers einen Transformator vorsehen.To compensate for the voltage drop at the series resistance, which is the frequency-independent Representing member of the voltage divider and formed by an ohmic resistor can be, according to the further invention at the input or output of the frequency-dependent Provide a transformer for the voltage divider.

Eine bekannte Anordnung zum Ausgleichen von Spannungsschwankungen infolge Frequenzänderungen verwendet zwei Spannungsteiler, wobei an jedem der Spannungsteiler eine frequenzabhängige Spannung abgegriffen wird. Hierbei wird die gesamte Leistung über komplexe Glieder geführt, die dementsprechend mit erheblichem Aufwand ausgelegt sein müssen. Demgegenüber bietet die erfindungsgemäße Anordnung mit nur einem Spannungsteiler, dessen frequenzabhängiges Glied aus dem komplexen Belastungswiderstand selbst mit zu diesem parallel geschaltetem Blindwiderstand besteht, den Vorteil, daß die Leistung lediglich über das frequenzunabhängige Glied geführt zu werden braucht, das beispielsweise als ohmscher Widerstand in einfacher Weise auch für größere Leistungen ausgeführt sein kann. Da bei der Anordnung gemäß der Erfindung der komplexe Belastungswiderstand selbst zur Kompensation des Frequenzganges herangezogen wird, ist eine äußerst hohe Unabhängigkeit der Spannung von der Betriebsfrequenz gewährleistet.A known arrangement for compensating for voltage fluctuations as a result of frequency changes used two voltage dividers, taking at each of the voltage dividers a frequency-dependent voltage is tapped. This is where the entire performance guided over complex links, which are accordingly designed with considerable effort must be. In contrast, the arrangement according to the invention with only one voltage divider offers its frequency-dependent member from the complex load resistance itself to this parallel connected reactance there is the advantage that the power only needs to be performed on the frequency-independent member, for example designed as an ohmic resistor in a simple manner even for higher powers can be. Since in the arrangement according to the invention, the complex load resistance is used even to compensate for the frequency response, is an extremely high one Guaranteed independence of the voltage from the operating frequency.

Bei einer anderen bekannten Anordnung ist die Bürde in Reihe mit einer Parallelschaltung von Kapazität und Induktivität angeordnet, so daß diese für den Belastungswiderstand einen Vorwiderstand darstellen. Demzufolge weist auch diese bekannte Anordnung den Nachteil auf, daß die gesamte Leistung über komplexe Widerstände, d. h. Kapazitäten und Induktivitäten, geführt werden muß.In another known arrangement the burden is in series with one Parallel connection of capacitance and inductance arranged so that these for the Load resistor represent a series resistor. Accordingly, this also points known arrangement has the disadvantage that the entire power over complex resistors, d. H. Capacities and inductances, must be performed.

Schließlich sind magnetische Spannungskonstanthalter bekannt, bei denen für eine feste ohmsche Belastung der Einfluß von Frequenzschwankungen auf die Ausgangsspannung dadurch kompensiert wird, daß die Belastung an den magnetischen Spannungskonstanthalter über einen Transformator angeschlossen wird, in dessen Primärkreis kapazitive und induktive Blindwiderstände in Reihenschaltung den Frequenzgang kompensieren. Abgesehen davon, daß hierbei die Kompensation des Frequenzganges nicht bei einem komplexen Belastungswiderstand erfolgt, wird auch hier die gesamte Leistung über Kapazitäten und Induktivitäten geführt.Finally, magnetic voltage stabilizers are known at those for a fixed ohmic load the influence of frequency fluctuations the output voltage is compensated by the fact that the load on the magnetic Voltage stabilizer is connected via a transformer in its primary circuit capacitive and inductive reactances in series compensate for the frequency response. Apart from the fact that here the compensation of the frequency response is not with one complex load resistance takes place, the entire performance is also here Capacities and inductances out.

Die Erfindung kann in allen Fällen angewendet werden, in denen es darauf ankommt, in Kreisen mit einer konstanten komplexen Belastung bei schwankender Betriebsfrequenz eine extrem hohe Spannungskonstanz zu erzielen. Besondere Bedeutung hat die Erfindung, wenn sie bei einem magnetischen Spannungsregler zur Lieferung der Primärspannung eines Hochspannungstransformators angewendet wird, der über eine Gleichrichteranordnung die Beschleunigungsspannung für ein elektronenoptisches Gerät, insbesondere ein Elektronenmikroskop, ein Elektronenbeugungsgerät od. dgl. liefert. In allen diesen Fällen ist es vorteilhaft, den am Eingang des frequenzabhängigen Spannungsteilers liegenden Transformator gleich mit den nötigen Anzapfungen für die Einstellung verschiedener Strahlspannungen zu versehen.The invention can be applied in all cases in which it it matters in circles with a constant complex load when fluctuating Operating frequency to achieve an extremely high voltage constancy. Special meaning has the invention when it comes to a magnetic voltage regulator for delivery the primary voltage of a high-voltage transformer is applied via a Rectifier arrangement the acceleration voltage for an electron-optical device, in particular an electron microscope, an electron diffraction device or the like. In all of these cases it is advantageous to use the frequency-dependent input Voltage divider lying transformer with the necessary taps for to provide the setting of various beam voltages.

Die Figur zeigt als Anwendungsbeispiel der Erfindung ein schematisches Schaltbild, in dem der Anschluß eines Hochspannungstransformators an das normale Wechselstromnetz unter Zwischenschaltung eines magnetischen Spannungsreglers dargestellt ist. Es kann sich dabei z. B. um einen Hochspannungstransformator handeln, der über eine nicht dargestellte Gleichrichteranordnung die Beschleunigungsspannung für ein Elektronenmikroskop liefert. An das normale 5o-Perioden-Netz r, 2 ist über einen Schalter 3 ein magnetischer Spannungsregler ¢ angeschlossen. Die Ausgangsklemmen 5, 6 dieses Reglers sind mit dem Spartransformator 7 verbunden, der für die Einstellung verschiedener Strahlspannungen am Elektronenmikroskop entsprechende Anzapfungen 8 besitzt. Mit 9 und io ist die Primär- bzw. Sekundärwicklung des Hochspannungstransformators bezeichnet. An den Transformator 7 ist ein frequenzabhängiger Spannungsteiler angeschlossen, der die von den Frequenzänderungen herrührenden Schwankungen der Ausgangsspannung des Reglers q. wieder ausgleicht. Dieser Spannungsteiler besteht aus dem Längswiderstand i i als frequenzunabhängigem Glied und einem frequenzabhängigen Glied 12, das aus dem durch die Primärwicklung 9 des Transformators gegebenen konstanten komplexen Belastungswiderstand, in dem auch der in die Primärwicklung des Transformators transformierte Widerstand der Bürde enthalten ist, sowie dem Belastungswiderstand parallel geschalteten Blindwiderständen gebildet ist. Diese Blindwiderstände sind in der Figur als Induktivität 13 und Kapazität 14 wiedergegeben. Die Abmessungen werden, ausgehend von dem komplexen Belastungswiderstand, zweckmäßig so gewählt, daß das frequenzabhängige Glied 12 eine Impedanz ergibt, die mit steigender Netzfrequenz abfällt. Es entsteht dann an dem Längswiderstand 1 r ein um so größerer Spannungsabfall, je höher die Frequenz und damit die Spannung ist, die der magnetische Regler 4 liefert. Der Spartransformator 7 dient auch dazu, den vom Widerstand 11 verursachten Spannungsverlust auszugleichen.The figure shows a schematic as an example of application of the invention Circuit diagram showing the connection of a high voltage transformer to the normal Alternating current network shown with the interposition of a magnetic voltage regulator is. It can be, for. B. be a high-voltage transformer that has a rectifier arrangement, not shown, the acceleration voltage for a Electron microscope supplies. The normal 50-period network r, 2 is via one Switch 3 connected to a magnetic voltage regulator ¢. The output terminals 5, 6 of this controller are connected to the autotransformer 7, which is used for the setting taps corresponding to different beam voltages on the electron microscope 8 owns. With 9 and io is the primary or secondary winding of the high voltage transformer designated. A frequency-dependent voltage divider is connected to the transformer 7, the output voltage fluctuations resulting from the frequency changes of the controller q. rebalances. This voltage divider consists of the series resistance i i as a frequency-independent element and a frequency-dependent element 12 that consists of the constant complex given by the primary winding 9 of the transformer Load resistance, in which also the one in the primary winding of Transformer transformed resistance of the burden is included, as well as the load resistance Reactors connected in parallel is formed. These reactances are shown in the figure as inductance 13 and capacitance 14. The dimensions are expediently chosen based on the complex load resistance, that the frequency-dependent element 12 results in an impedance that increases with the line frequency falls off. The voltage drop at the series resistance 1 r is all the greater, the higher the frequency and thus the voltage that the magnetic regulator 4 supplies. The autotransformer 7 also serves to reduce the voltage loss caused by the resistor 11 balance.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Arrangement for compensating the fluctuations in the output voltage of magnetic voltage regulators resulting from frequency changes by a voltage divider connected to the regulator, the frequency dependence of which runs opposite that of the magnetic regulator in the relevant frequency range, characterized in that the voltage divider when loaded with a constant complex resistance, which is formed by the primary winding of a connected transformer including the resistance of the load transformed into the primary winding, from a frequency-independent, no phase shift causing element as series resistance and a constant complex load resistance as an essential component as well as a reactance connected in parallel containing this frequency-dependent Limb exists.

2. Arrangement according to claim 1, characterized characterized in that to compensate for the voltage loss occurring at the series resistance a transformer at the input or output of the frequency-dependent voltage divider with adjustable voltage.

3. Application of the arrangement according to claim 1 or 2 for supplying the primary voltage of a high-voltage transformer, which has a Rectifier arrangement the acceleration voltage for an electron-optical device, in particular an over microscope, provides.

4. Arrangement according to claim 2 and 3, characterized in that the transformer located at the input of the frequency-dependent voltage divider is provided with taps necessary for setting different beam voltages. Considered publications German Patent No. 655 693; ATM J o62-8 dated December 1934; ATM J o62-9 dated February 1937; Electronic Engineering (19q.9), pp. 155 to r58.