-
Schnell abschaltbare Gleichstrom-Versorgungsschaltung für eine Entladungsröhre
Bei Gleichstrom-Versorgungsschaltungen für eine oder mehrere Entladungsröhren, beispielsweise
für die Modulatorröhre und die letzte Stufe des Modulationsverstärkers eines Hochfrequenzsenders,
ist es erforderlich, daß die von einem Versorgungsgerät gelieferte Gleichspannung
(Versorgungsspannung) schnell abgeschaltet werden kann, wenn in einer der genannten
hochbelasteten Röhren zwischen der Anode und einer anderen Röhrenelektrode ein überschlag
eingetreten ist und einen Lichtbogen gezündet hat.
-
Aber selbst bei sehr schneller Abschaltung der Versorgungsspannung
kann es bekanntlich doch zu Beschädigungen innerhalb einer Röhre des Hochfrequenz-Nachrichtensenders
kommen, weil die in den Energiespeichern der Siebkette, nämlich den Siebkondensatoren
und der Glättungsdrossel, gespeicherte Energie sich auch nach Abschaltung der Versorgungsspannung
über den gezündeten Lichtbogen entlädt. Man hat daher Röhrenschutzschaltungen entwickelt,
in denen der Entladungsstrecke der zu schützenden Röhre eine mit einer Zündelektrode
versehene Gasentladungsröhre, ein sogenanntes Ignitron, parallel geschaltet ist.
Durch den bei einem überschlag der zu schützenden Röhre zum Fließen kommenden überstrom
wird in einer solchen Schaltung an einem im Entladungsstromkreis liegenden Widerstand
ein Spannungsabfall ausreichender Größe hervorgerufen, welcher der Zündelektrode
zugeführt wird und mit Hilfe eines an dieser Elektrode ausgelösten Zündfunkens den
Entladungsweg des Ignitrons leitend macht. Dieser Entladungsweg, der infolge der
eingetretenen Gasionisation nur einen geringen inneren Widerstand aufweist, schließt
praktisch den in der zu schützenden Röhre gezündeten Lichtbogen kurz und vergrößert
den Überstrom, der dem Gleichstromversorgungsgerät entnommen wird. Durch diesen
überstrom wird ein sogenanntes überstromrelais zum Ansprechen gebracht, von welchem
die Abschaltung der Versorgungsspannung abgeleitet wird.
-
Schutzschaltungen dieser Art arbeiten im allgemeinen befriedigend
bei Sendeanlagen bis zu mittleren Leistungen, jedoch ergeben sich Schwierigkeiten
bei Sendern sehr großer Leistung und bei der Verwendung von Energiespeichern sehr
großer Kapazität in der Siebkette für die gleichgerichtete Spannung. Ähnliche Schwierigkeiten
können sich auch ergeben, wenn das Versorgungsgerät gittergesteuerte Gasentladungsröhren
enthält und wenn vom Ausgang des Versorgungsgerätes, dessen Klemmen nicht durch
eine zusätzliche Kapazität überbrückt sind, unmittelbar eine Drosselspule großer
Induktivität gespeist wird. Die Induktivität dieser Spule zieht dann nach bereits
eingeleiteter Abschaltung der Versorgungsspannung, welche ja auf der Gitterseite
bewirkt wird, über die Anoden-Kathoden-Strecke noch einige Zeit Strom, so daß die
Wirksamkeit der Sperrung verzögert wird. Weitere Schwierigkeiten können sich auch
ergeben, wenn innerhalb der Siebkette zwischen der Induktivität und einer Kapazität
Energiependelungen eintreten, d. h. wechselseitige Aufladungen und Entladungen zwischen
der Induktivität und der Kapazität mit der Resonanzfrequenz des durch diese beiden
Elemente gebildeten Serienkreises, durch deren Wirkung das Erlöschen des Lichtbogens
in der zu schützenden Röhre verzögert wird.
-
Schwingungen und Überspannungen an Induktivitäten zu verhindern, deren
Strom plötzlich abgeschaltet wird, ist auch Teil der Aufgaben, die mit einer bekannten
Einrichtung gelöst werden (deutsche Patentschrift 892 336). Dort wird dem Nutzwiderstand
einer Röhre, dem Induktivitäten und Kapazitäten (also ein Parallelschwingkreis)
parallel liegen, ein Trockengleichrichter parallel geschaltet. Beim Abschalten des
Anodenstromes fließt ein kurzer, aber sehr starker Stromstoß durch den Trockengleichrichter,
der also für entsprechend große Ströme dimensioniert sein muß. Außerdem ist die
Anordnung nur zum Bedämpfen von Parallelschwingkreisen zu gebrauchen, weil an einem
frei schwingenden Serienschwingkreis nur so geringe Spannungen liegen, daß ein parallelgeschalteter
Trockengleichrichter wirkungslos bleibt.
-
Zum Stande der Technik sei außerdem erwähnt, daß es bereits bekannt
ist, in einer Schutzschaltung für Senderöhren, deren Anodenspeisespannung bei Überschlägen
oder Kurzschlüssen durch ein Relais
abgeschaltet wird, gleichzeitig
mit der Abschaltung der Anodenspeisespannung den Beruhigungskondensator für die
Anodenspeisespannung und gegebenenfalls auch einen im Anodenkreis liegenden Modulationskondensator
über eine Funkenstrecke mit Zündelektrode oder einen steuerbaren Stromrichter zu
entladen (deutsche Patentschrift 885 433).
-
Durch diese bekannte Anordnung bzw. die zuvor beschriebene (deutsche
Patentschrift 892 336), also durch die niederohmige Überbrückung der Energiespeicher
durch eine gezündete Gasentladungsröhre bzw. einen Trockengleichrichter, können
die starken Ausschwingvorgänge nicht schnell genug gedämpft werden, so daß beispielsweise
bei praktischen Versuchen ein Ausschwingstrom bis zu einer Dauer von 2 Sekunden
über die Drossel und die gezündete Gasentladungsröhre floß. Diese Zeit ist im Hinblick
auf die gewünschte schnelle Wiedereinschaltung des Senders viel zu lang. Außerdem
ergaben sich noch Schwierigkeiten bei Sendern sehr großer Leistung, bei denen wegen
der hohen Betriebsspannungen und der großen gespeicherten Energien zwei zündfähige
Gasentladungsröhren in Reihe verwendet werden mußten, von denen häufig die eine
wegen der Stromumkehr schon erlosch, bevor die Energie in hinreichendem Maße abgeklungen
war.
-
Außerdem ist bereits eine Schaltungsanordnung zur Vermeidung der Zerstörung
von Senderöhren bei einem überschlag bekannt, bei der die Anodenspannung bei einem
überschlag durch eine schnell wirkende Schutzschaltung selbsttätig abgeschaltet
wird, in der das Weiterbrennen eines Lichtbogens zwischen Gitter und Kathode, der
durch die Stromquelle für die negative Gitterspannung gespeist wird, nach dem Abschalten
der Anodenspannung durch einen so gepolten Gleichrichter, z. B. einen Trockengleichrichter,
in der Gitterzuleitung verhindert wird, daß der normale Gitterstrom durchgelassen
wird (deutsche Patentschrift 879 263).
-
Bei der bekannten Anordnung wurde zwar bereits ein Gleichrichterelement
in Verbindung mit einer Röhrenschutzschaltung benutzt, jedoch diente dieses Element
in der bekannten Anordnung zur Lösung einer anderen Aufgabe, insbesondere nicht
zur Dämpfung der »falschen« Stromrichtung durch ein bei dieser Stromrichtung zur
Wirksamkeit gebrachtes, mit dem Gleichrichterelement zusammenwirkendes Widerstandselement.
-
Ferner ist eine Schaltung zur Abkürzung von Betriebsunterbrechungen
bei Röhrenüberschlägen mittels eines zwischengeschalteten Drossel-Kondensator-Gliedes
bekannt, durch welches die bei Kurzschluß ausgelöste Entladeschwingung den Lichtbogen
löscht in Verbindung mit einer in Reihe liegenden besonderen Drossel zur Verhinderung
des sofortigen Wiederzündens (deutsche Patentanmeldung S 23011, bekanntgemacht am
10. 7.1952).
-
Bei dieser Anordnung wurde eine schnelle Lichtbogenlöschung durch
einen anderen Wirkungsmechanismus, nämlich durch die bewußte Herbeiführung eines
Ausschwingvorganges, angestrebt, wobei der Lichtbogen erlöschen sollte, wenn die
Spannung durch Null geht. Es hat sich ergeben, daß diese Wirkung mit Unsicherheiten
behaftet ist und besonders bei Sendern sehr großer Leistung nicht zu dem angestrebten
Ziele führt.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erwähnten Schwierigkeiten
bei einer schnell abschaltbaren Gleichstromversorgungsschaltung der angegebenen
Art zu beheben und die erwähnten Ausschwingvorgänge innerhalb der Siebkette schnell
zu dämpfen sowie gegebenenfalls eine Verzögerung der Sperrung des Wechselstromgleichrichters
zu vermeiden.
-
Die Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 angegebene Erfindung
gelöst.
-
Bei der Schaltung nach der Erfindung wird die Erscheinung benutzt,
daß sowohl bei den erwähnten Ausschwingvorgängen bzw. Energiependelungen als auch
bei dem verlängerten Stromentzug aus dem Wechselstromgleichrichter durch eine Drossel
Umkehrungen der normalen Betriebsspannungen an den Speicherelementen bzw. an den
Ausgangsklemmen des Wechselstromgleichrichters auftreten. Infolgedessen können diesen
Elementen bzw. Klemmen dämpfende ohmsche Widerstände parallel oder in Reihe geschaltet
werden, welche im normalen Betriebsfall durch einseitig leitfähige Elemente unwirksam
gemacht sind. Durch die erwähnte Umkehr der Spannungsrichtung im Ausnahmefall, wenn
ein überschlag in der zu schützenden Röhre eingetreten ist, werden diese dämpfenden
Widerstände jedoch durch die erwähnten einseitig leitfähigen Elemente zur Wirkung
gebracht, so daß sich eine starke Dämpfung für in der »falschen« Stromrichtung fließende
Ströme ergibt.
-
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
In der Zeichnung ist in vereinfachter Form eine schnell abschaltbare
Gleichstromversorgungsschaltung für die Röhren 1 und 2 der letzten Stufe eines Modulationsverstärkers
und die Modulatorröhre 5 in der letzten Stufe eines Hochfrequenz-Nachrichtensenders
dargestellt. Die Niederfrequenz-Ausgangsleistung der Röhrenstufen 1 und 2 wird über
den Modulationstransformator 3 von dessen Sekundärseite der Anode der Modulatorröhre
5 zugeführt. Die weiteren Einzelheiten des Modulationsverstärkers und des Hochfrequenz-Verstärkerzuges
sind nicht dargestellt, da diese in beliebiger bekannter Art ausgebildet sein können.
Die Modulatorröhre 5 erhält ihre Anodengleichspannung über die Modulationsdrossel4.
Diese kann in der dargestellten Schaltung wahlweise über die mit unterbrochenen
Linien gezeichneten Verbindungen a und b entweder unmittelbar mit
dem positiven Pol des Wechselstromgleichrichters 6 verbunden werden oder mittelbar
über die Siebdrossel?. Es sei angenommen, daß innerhalb des Wechselstromgleichrichters
eine oder mehrere gittergesteuerte Gasentladungsröhren vorhanden sind, welche eine
oder mehrere Phasen des Netzwechselstromes gleichrichten und durch Spannungssteuerung
an ihrem Gitter schnell gesperrt werden können.
-
Man erkennt, daß die Siebdrossel ? und der Kondensator 8 eine normale
Siebkette zur Ausfilterung der restlichen Wechselstromkomponenten bilden. Die Röhren
1 und 2 erhalten ihre Anodenspannung über die Siebdrossel ? und die Mittelanzapfung
der Primärseite des Modulationstransformators 3. Der Erdanschluß der Sekundärseite
des Modulationstransformators 3 ist über den Modulationskondensator 9 geführt. Im
normalen Betriebszustand bilden die Siebdrossel 7, die Modulationsdrossel 4, der
Siebkondensator 8 und der Modulationskondensator 9 aufgeladene Energiespeicher,
deren Speicherenergie im Störungsfalle
möglichst schnell verbraucht
werden muß, ohne daß dadurch eine Zerstörung der übergeschlagenen Röhre oder eine
unzulässige Ausdehnung der Störungszeit hervorgerufen werden.
-
Für den zusätzlichen Kurzschluß zur Schwächung eines in der Röhre
5 etwa gezündeten Lichtbogens enthält die dargestellte Schaltung die Reihenschaltung
zweier zündfähiger Gasentladungsröhren 10 und 11.
Die Anordnung ist
so getroffen, daß die zündfähige Gasentladungsröhre 10 beim Zünden der Gasentladungsröhre
11 automatisch mitgezündet wird. Dies geschieht über den im Entladungskreis der
Röhre 11 liegenden Widerstand 16, von welchem über die als Spannungswelle wirkende
Gasentladungsröhre 13 und den als Strombegrenzer wirksamen ohmschen Widerstand 12
die Zündspannung der Zündelektrode der Röhre 10 zugeführt wird. Die Zündung des
Gasentladungsröhre 11 erfolgt dabei durch den am Widerstand 17 auftretenden Spannungsabfall
des zur Erdverbindung fließenden Überstromes. Auch in die Zündstiftleitung der Röhre
11 ist ein strombegrenzender Widerstand 15 und eine als Spannungsschwelle dienende
Gasentladungsröhre 14 eingeschaltet. Außerdem ist vom Widerstand 17 die Erregungsspannung
für das überstromrelais 18 abgezweigt, welches mit der Zündung der beiden Gasentladungsröhren
10 und 11 zugleich anspricht und die Sperrung der Ventile innerhalb des Gleichrichters
6 einleitet.
-
Zur Dämpfung von Ausschwingvorgängen des Serienresonanzkreises, der
durch die Induktivität der Sekundärseite des Modulationstransformators 3 und die
Kapazität des Kondensators 9 gebildet wird, ist dem Kondensator 9 die Reihenschaltung
des ohmschen Widerstandes 19 und des einseitig leitfähigen Elementes 20 parallel
geschaltet. Während bei der normalen Betriebsspannung am Kondensator 9 das einseitig
leitfähige Element 20 einen Stromfluß über den Widerstand 19 verhindert, wird bei
einer Spannungsumkehr am Kondensator 9 infolge eines Ausschwingvorganges das Element
20 leitfähig, und es fließt ein starker Strom über den Widerstand 19, so daß der
Aufbau einer »falschen« Spannung am Kondensator 9 und mithin seine Aufladung in
der entgegengesetzten Richtung verhindert wird. Dieser Ausschwingvorgang wird daher
in der ersten Halbperiode, bei der sich eine Gegenspannung aufbauen will, wirksam
gedämpft.
-
In der entsprechenden Weise werden Ausschwingvorgänge der Serienkreise
aus der Induktivität der Siebdrossel 7 und der Kapazität des Speicherkondensators
8 durch die dem Speicherkondensator parallelliegende Reihenschaltung des Widerstandes
21 und des einseitig leitfähigen Elementes 22 gedämpft. In ähnlicher Weise wird
eine Stromumkehr für die Drossel ? durch die Parallelschaltung des ohmschen Widerstandes
25 mit dem einseitig leitfähigen Element 26 verhindert. Während nämlich der normale
Verbraucherstrom über das Element 26 fließt und darin nur einen geringen Widerstand
zu überwinden hat, müßte ein Strom umgekehrter Richtung, wie er bei Ausschwingvorgängen
vorkommen kann, durch den Dämpfungswiderstand 25 fließen, da das einseitig leitfähige
Element 26 für diesen Strom der falschen Richtung nicht leitfähig ist.
-
Wenn die Modulationsdrossel 4 mit dem Wechselstromgleichrichter 6
über die eingezeichnete Verbindung a verbunden ist, ergibt die große Induktivität
dieser Drossel bei einer Abschaltung des Gleichrichters 6 die Tendenz, den bestehenden
Stromfluß noch einige Zeit aufrechtzuerhalten. Die im Gleichrichter 6 vorhandenen
Ventile, die von ihrer Gitterseite her gesperrt sind, führen dann noch einige Zeit
über ihre Kathoden-Anoden-Strecke Strom, so daß die Sperrung verzögert wird. Für
diesen Strom liegt die elektromotorische Kraft aber in der Drossel 4, so daß sich
an den Klemmen des Gleichrichters 6 die Spannung umkehrt. Für diese Spannung ist
die Reihenschaltung des ohmschen Widerstandes 23 mit dem einseitig leitfähigen Element
24 aber durchlässig, so daß der von der Drossel 4 gezogene Strom nun über die Reihenschaltung
23, 24 einen leitfähigen Stromweg findet, wodurch die im Gleichrichter 6 befindlichen
Ventile von diesem Strom entlastet werden und daher schnell gesperrt werden können.
-
Die entsprechend der Erfindung ausgebildeten Kombinationen von Dämpfungswiderständen
mit einseitig leitfähigen Elementen haben gegenüber den bekannten Anordnungen, bei
denen die Energiespeicher über einen steuerbaren Stromrichter entladen werden oder
eine Spannungsumkehr an ihnen durch Parallelschalten eines Trockengleichrichters
verhindert wird, den Vorteil, daß durch die dämpfende Wirkung der Widerstände ein
schnelles Abklingen der Ausschwingungsvorgänge erreicht wird und daß die einseitig
leitfähigen Elemente schwächer dimensioniert werden können, weil sie nur mit wesentlich
kleineren Spitzenströmen belastet werden.
-
Mit den entsprechend der Erfindung ausgebildeten Kombinationen ließ
sich bei praktischen Versuchen an einem Großsender mit 300 kW Ausgangsleistung eine
schnelle und sichere Sperrung bei überschlägen in den Endstufenröhren bewirken,
ohne daß es zu Beschädigungen der Röhren kam und ohne daß die durch überschläge
verursachten Betriebsunterbrechungen überhaupt zu bemerken waren. Eine besondere
Verbesserung der Arbeitsweise ergab sich dabei, wenn die Modulationsdrosselspule
4 unmittelbar an den kapazitiv nicht in wesentlichem Maße überbrückten Ausgang des
Gleichrichters 6 angeschlossen war.