DE959569C

DE959569C - Verfahren zum Schutz von Roehrengeneratoren gegen unzulaessige Betriebszustaende beiEntlastung und gegen UEberlastung

Info

Publication number: DE959569C
Application number: DEB29872A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Norbert Weyss
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1954-02-25
Filing date: 1954-02-25
Publication date: 1957-03-07

Description

In Nachrichtensendern können die dabei durch die Antenne stets gleichmäßig belasteten Röhrengeneratoren in bezug auf Anodenspannung, Anodenstrom und Anodenverlustleistung ohne weiteres mit ihren zulässigen Höchstwerten betrieben werden. Bei Röhrengeneratoren, die zur Speisung von industriellen HF-Erwärmungseinrichtungen, Diathermiegeräten, Ultraschallsendern oder ähnlichem dienen, bei denen also die. Belastung stark, eventuell bis zum Leerlauf schwanken kann, ist dies dagegen nicht zulässig. Bekanntlich steigt bei einer Entlastung eines solchen Generators der Strom des Steuer- und/oder Schirmgitters stark an und kann dabei Werte annehmen, die zu einer schnellen Zerstörung der Röhren führen. Außerdem kann auch der sogenannte »überspannte Zustand« eintreten, bei dem die Anodenrestspannung kleiner wird als der Scheitelwert der Gitterwechselspannung, wobei sich starke-Oberwellen in der erzeugten Hochfrequenz und andere nachteilige Folgen ergeben.

Besonders unangenehm werden diese Folgen der Entlastung eines Röhrengenerators dann, wenn durch die Entlastung auch die Spannung der Anodenstromquelle noch erheblich ansteigt.

Zur Vermeidung dieser Nachteile ist es erforderlich, die Röhren bei Entlastung bzw. Leerlauf mit einer erheblich verringerten Anodenspannung zu betreiben.

Um derartige Röhrengeneratoren trotz dieser Eigenschaft bei Nennlast mit der vollen Anodenspannung arbeiten lassen zu können, hat man bereits selbsttätige Regeleinrichtungen verwendet, bei denen die Anodenspannung der Röhren von ihrer Leistungs-

abgabe derart abhängig gemacht ist, daß die Spannung bei Entlastung des Generators verringert wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren dieser Art, bei dem in besonders einfacher und zweckmäßiger Weise eine selbsttätige Verringerung der Anodenspannung zur Vermeidung der erwähnten unerwünschten Betriebszustände erreicht wird, wobei gleichzeitig eine entsprechende Verringerung der Anodenspannung auch dann bewirkt wird, wenn der Anodenstrom der

ίο Endröhre durch Überlastung unzulässig hohe Werte anzunehmen droht. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird also gleichzeitig eine Strombegrenzung erzielt. Dabei wird auch selbsttätig der normale Betriebszustand wiederhergestellt, wenn die gefahr-

!5 bringenden Ursachen beseitigt sind.·

Erfindungsgemäß wird zu dem genannten Zweck die Anodengleichspannung der Röhre bzw. der Endröhre oder der Endröhren in Abhängigkeit von dem absoluten Betrag der Differenz zwischen dem Mittelwert des Stromes des Steuer- und/oder Schirmgitters Jg und

einem vorbestimmten Bruchteil — des Mittelwertes

des Anodenstromes Ja I Jg — J in der Weise

ag selbsttätig beeinflußt, daß bei Abweichungen der genannten Differenz vom Wert Null die Anodengleichspannung mit zunehmender Größe der Abweichung stetig verringert wird. Es sind bereits Schaltungsanordnungen bekannt, bei denen ein Differentialrelais vorgesehen ist, welches einerseits vom Anodenkreis und anderseits vom Gitterkreis eines Röhrengenerators gespeist wird. Derartige Einrichtungen wurden dazu verwendet, um bei Störungen den Belastungsstromkreis des Generators vollständig zu unterbrechen.

Es sind auch Anordnungen bekannt, bei denen abhängig von der Differenz elektrischer Betriebsgrößen, die vom Anodenstrom und vom Gitterstrom abgeleitet sind, die Resonanzabstimmung eines an einen Röhrengenerator angekoppelten Schwingkreises stetig geregelt wird. Es ist aber bisher nicht vorgeschlagen worden, eine derartige Differenz in solcher Form zu bilden und so zu einer stetigen Verringerung der Anodengleichspannung des Röhrengenerators zu verwenden, daß sowohl unzulässige Betriebszustände der Generatorröhren bei Entlastungen als auch Überlastungen derselben vermieden werden.

Ein solches Verfahren bietet einen einwandfreien Schutz für die Generatorröhren bei stets voller Ausnutzung ihrer Leistungsfähigkeit und ermöglicht auch bei stark wechselnder Belastung einen unterbrechungslosen Betrieb.

Das Verfahren bringt damit einen erheblichen Fortschritt gegenüber dem Bekannten.

Zur Erläuterung ist in der Fig. 1 der Anodenstrom Ja abhängig von dem Widerstand Ra der Belastung bei Anodenspannung dargestellt. Die Kurve Jg stellt unter gleichen Voraussetzungen den über das Steuer- bzw. Schirmgitter fließenden Strom dar, der bekanntlich bei abnehmender Belastung, also

größer werdendem Ra ansteigt. Die Kurve —— zeigt den Anodenstrom, wobei jedoch die Ordinären im Verhältnis ι: η verkleinert sind. Diese Kurve schneidet durch die Verkleinerung die Kurve Jg in Punkte P₁ d. h., bei einem entsprechenden Belastungswiderstand Ra' ist Jg = -^- bzw. Jg —— = O. Bei

allen anderen Werten von Ra hat diese Differenz einen endlichen Wert, der in der Fig. 1 für einige Fälle durch. senkrechte Striche angedeutet ist.

Wird durch Vergrößerung von Ra' der Röhrengenerator entlastet, so ergibt sich eine positive

Differenz Jg —, während bei einer Verkleinerung

von Ra diese Differenz negativ wird. Im ersten Fall können sich durch die Zunahme von Jg die erwähnten unzulässigen Betriebszustände ergeben. Im zweiten Fall kann die Röhre durch Überlastung der Anode und Kathode gefährdet werden. In beiden Fällen kann durch eine Verringerung der Anodenspannung, bei der alle Betriebskurven sich nach unten verschieben, Abhilfe geschaffen werden.

Erfindungsgemäß wird der absolute Betrag der

dazu benutzt, um in den ge

Differenz

Jg-

nannten beiden kritischen Fällen die selbsttätige Herabsetzung der Anodenspännung einzuleiten.

Dies hat gegenüber den allgemein bekannten Verfahren, eine Generatorspannung abhängig vom Generatorstrom oder bei Röhrengeneratoren auch abhängig vom Gitterstrom Jg allein zu senken, u. a. den Vorteil, daß bei einem Röhrengenerator, der mit den erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet, die Anodenspannung z. B. von Hand eingestellt werden kann und daß trotzdem bei jeder Abweichung von der Nennbelastung der gewünschte Regelvorgang richtig einsetzt. Dagegen würde bei den bekannten Regelverfahren für Röhrengeneratoren bei einer abweichend von der Nennspannung eingestellten Anodenspannung die Regelung versagen, es sei denn, daß gleichzeitig mit der Anodenspannung die Regelkriterien verstellt würden. Bei einer Regelung abhängig von der

Differenz

Jg-

ergibt sich das richtige Arbeiten

automatisch ohne eine Änderung der Regelkriterien. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß die Differenz Jg — bei

Entlastung gegenüber der Nennlast sich stärker ändert als der Anodenstrom Ja oder der Gitterstrom Jg allein.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat schließlich gegenüber den bekannten Verfahren noch den Vorteil, daß im Laufe der Alterung der Röhre die Regelkriterien nicht oder nur selten eingestellt werden müssen, da sich Anodenstrom und Gitterstrom bei einer Schwächung der Kathodenemission durch Alterung etwa im gleichen Maße, jedenfalls aber im Reichen Sinne, verringert.

Ein Ausführungsbeispiel, nach dem dies durchgeführt werden kann,- ist in der Fig. 2 schematisch dargestellt.

Darin ist 1 die Endröhre des Röhrengenerators mit dem Schwingkreis 2. Der Widerstand Ra des angeschlossenen bzw. angekoppelten Belastungskreises ist bei 3 angedeutet. Der über den Transformator 4

gespeiste, gesteuerte Gleichrichter 5 liefert über die Drosselo die Anodenspannung für die Röhre 1. Der Anodenstrom der Röhre 1 fließt durch den einstellbaren Widerstand 7. Das durch einen Oszillator bekannter Art oder durch eine Rückkopplungseinrichtung gesteuerte Gitter der Röhre 1 ist mit ihrer Kathode über den Ableitwiderstand 9, von dem der einstellbare Widerstand 10 einen Teil bildet, verbunden. Durch die Überbrückungskondensatoren 11 und 12 werden die Widerstände 7 und 10 von Wechselströmen entlastet, so daß in ihnen im wesentlichen nur Gleichstrom fließt.

Der Spannungsabfall im Widerstand 7 ist proportional dem Strom Ja und derjenige im Widerstand 10 dem Strom Jg. Die an den Punkten 15 und 16 abgegriffene Spannung, die der Vormagnetisierungswicklung einer Sättigungsdrossel 13 zugeführt wird, ist, wie sich aus der Schaltung ergibt, proportional der

Differenz Tg —, wobei der Faktor η bzw. — durch

Einstellung der Widerstände 7 und 10 beliebig gewählt werden kann.

Die Wechselstromwicklung der Sättigungsdrossel 13 ist mit der Steuereinrichtung 14 des Gleichrichters 5 in bekannter Weise derart verbunden, daß eine Verringerung ihrer Induktivität infolge der Vormagnetisierung eine Zurückverlegung der Zündimpulse für den Gleichrichter 5, also eine Herabsetzung der von ihm gelieferten Gleichspannung bewirkt.

Sofern die Drossel 13 nicht anderweitig mit Gleichstrom vormagnetisiert wird, ist der Einfluß der von Ja

der Differenz Jg —

abhängigen Vormagnetidem Vorzeichen dieser

sierung unabhängig von
Differenz.

Erfindungsgemäß wird zweckmäßig der Faktor η bzw. die Einstellung der Widerstände 7 und 10 so

gewählt, daß die Differenz ^T"

Jg-

bei Nennbelastung der Röhre (Ra' in Fig. 1) zu Null wird.

Die Gittersteuerung 14 des Gleichrichters 5 kann so eingestellt werden, daß die Verringerung der Anodengleichspannung sofort einsetzt, wenn die Belastung des Röhrengenerators von dem Wert Ra' abweicht. Zweckmäßiger ist es in vielen Fällen, die Steuerung so einzustellen, daß die Herabsetzung der Anodenspannung erst beginnt, wenn die Differenz ^T~

Jg-

einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet. Dabei kann auch z. B. durch eine geringe, konstante Gleichstromvormagnetisierung der Drossel 13 erreicht werden, daß dieser Schwellwert bei positiver Differenz -^- ein anderer ist als bei negativen Werten

dieser Differenz.

In solchen Fällen, in denen eine bestimmte Richtung

des von der Differenz

J»

abhängigen Stromes

Jg-

erforderlich ist, um eine Herabsetzung der Anodenspannung zu bewirken, z. B. wenn die Sättigungsdrossel 13 noch durch eine anderweitige Gleichstromvormagnetisierung zur willkürlichen Einstellung der Anodenspannung benutzt wird, kann erfindungsgemäß eine Ventilweiche, etwa ein Trockengleichrichter in Brückenschaltung, dazu benutzt werden, um den fraglichen Strom in seiner Richtung unabhängig von dem Vorzeichen dieser Differenz zu machen. In der Fig. 3 ist eine dazu dienende Anordnung angedeutet. Die Darstellung ist so zu verstehen, daß ein auch hinsichtlich des Vorzeichens bzw. der Richtung von der fraglichen Differenz abhängiger Strom bei 17 und 18 der Ventilweiche zugeführt wird, während der bei 19 und 20 austretende Strom, der die Verringerung der Anodenspannung bewirkt, stets gleiche Richtung hat.

Auch in diesem Fall kann die Anordnung so getroffen werden, daß der bei 19 und 20 austretende Strom wohl in seiner Richtung, nicht aber auch in seiner Größe unabhängig von dem Vorzeichen der

Differenz \jg —j ist, so daß- sich verschiedene

Schwellwerte für den Beginn der Spannungsverringerung ergeben. Man kann hierzu z. B. zweien, in der Brückenanordnung der Fig. 3 sich gegenüberliegenden Gleichrichterelementen je einen Widerstand vorschalten.

Da der Grad der Verringerung der Anodenspannung von der Größe der nach der Spannungsverringerung

J*

noch verbleibenden Differenz

Jg

abhängig

ist, so ergibt sich eine sogenannte statische Regelung der Spannung. Durch passende Einstellung der Widerstände 7 und 10 und nötigenfalls durch Einschaltung eines Verstärkers bekannter Art kann die Statik so gewählt bzw. so weit verringert werden, daß durch das beschriebene Verfahren unzulässige Betriebszustände bei Entlastung und Überlastung der Generatorröhre mit Sicherheit vermieden werden.

Durch diese Statik besitzt das Verfahren den Vorteil, daß bei Wiederherstellung der Nennbelastung sich auch die Nennspannung der Röhre selbsttätig wieder einstellt.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt.

Sie ist z. B. auch dann anwendbar, wenn zur Erzeugung der Anodenspannung nicht ein gittergesteuerter Gleichrichter, sondern irgendeine andere regelbare Gleichstromquelle dient. Ist dafür etwa ein ungesteuerter Gleichrichter vorgesehen, bei dem die erzeugte Gleichspannung durch einen auf der Wechselstromseite vorgeschalteten Drehtransformator oder einen Stufentransformator geregelt wird, so kann eine

von dem absoluten Betrag der Differenz

Ja-

Je

abhängige Regelgröße (Spannung oder Strom) dazu verwendet werden, um eventuell nach entsprechender Verstärkung mittels eines Servomotors, z. B. eines Drehmagneten, den Drehregler oder Stufenschalter zu verstellen.

Eine entsprechende Anordnung ist natürlich auch anwendbar bei einem gittergesteuerten Gleichrichter als Anodenspannungsquelle, bei dem die Gittersteuerung durch einen Drehregler erfolgt.

Bei Verwendung einer rotierenden Maschine als Anodenspannungserzeuger kann ein der fraglichen Differenz proportionaler Strom nach. Durchleitung

durch eine Ventilweiche entsprechend der Fig. 3 und nach eventuell .nötiger Verstärkung eine Gegenerregung der Gleichstrommaschine speisen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch unabhängig von der Schaltung und Betriebsweise des Röhrengenerators anwendbar. Es ist sowohl bei selbstgesteuerten wie auch bei fremdgesteuerten Röhrengeneratoren und auch bei solchen zu verwenden, bei denen zwei Endröhren oder Endröhrengruppen im Gegentakt arbeiten.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Verfahren zum Schütze von Röhrengeneratoren mit veränderlicher Belastung gegen unzulässige Betriebszustände bei Entlastung und gegen Überlastung, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodengleichspannung der Röhre bzw. der Endröhre oder der Endröhren in Abhängigkeit von dem absoluten Betrag der Differenz zwischen dem Mittelwert des Stromes des Steuer- und/oder Schirmgitters Jg und

einem vorbestimmten

Bruchteil- — des Mittel-

wertes des Anodenstromes Ja, ijg — linder

Weise selbsttätig beeinflußt wird, daß bei Abweichungen der genannten Differenz vom Wert Null die Anodengleichspannung mit zunehmender Größe der Abweichung stetig verringert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verringerung der Anodenspannung

erst einsetzt, wenn die Differenz Jg — je einen

vorbestimmten Schwellwert im positiven oder negativen Sinne überschreitet.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche für Röhrengeneratoren, bei denen die Anodenspannung für die Endröhre oder die Endröhren durch gesteuerte Gleichrichter geliefert wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine von der Differenz Jg — abhängige Größe die Gleichrichtersteuerung im Sinne einer Spannungsverringerung beeinflußt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Differenz Jg — -^- abhängiger, die Verringerung

der Anodenspannung bewirkender Strom durch eine Ventilweiche, z. B. einen Trockengleichrichter in Brückenschaltung od. dgl., geleitet wird, derart, daß sich ein Gleichstrom ergibt, dessen Richtung unabhängig von dem Vorzeichen der Differenz

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 430102, 676 589, 904780;
USA.-Patentschriften Nr. 2 391 085, 2 661 425.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein der Differenz

Jg — proportionaler Gleich- oder Wellenstrom

eine elektromagnetische Vorrichtung, z. B. eine Sättigungsdrossel, vormagnetisiert, deren durch die Vormagnetisierung veränderliche magnetische Induktion zur Verringerung der Anodenspannung, beispielsweise durch die Beeinflussung der Aussteuerung eines die Anodenspannung erzeugenden Gleichrichters dient, und daß dabei keine wesentliche, anderweitige Gleichstromvormagnetisierung der magnetischen Vorrichtung stattfindet, so daß

der Einfluß der von der Differenz Jg — bewirkten Vormagnetisierung auf die Regelung der Anodenspannung unabhängig oder nahezu unabhängig von dem Vorzeichen der Differenz Jg —

ist.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen