DE69606143T2

DE69606143T2 - Elektrische Stromversorgungsvorrichtung für eine Anordnung von Elektronenröhren

Info

Publication number: DE69606143T2
Application number: DE69606143T
Authority: DE
Inventors: Philippe Boone
Original assignee: Thomson Tubes Electroniques
Current assignee: Thales Electron Devices SA
Priority date: 1995-11-03
Filing date: 1996-10-29
Publication date: 2000-06-15
Anticipated expiration: 2016-10-30
Also published as: FR2740905A1; EP0772220B1; DE69606143D1; FR2740905B1; US5764003A; EP0772220A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromversorgungsvorrichtung für eine Mehrzahl von Elektronenröhren mit erhöhter Zuverlässigkeit.
Solche Röhren können beispielsweise Wanderfeldröhren sein, die in der Satelliten-Nachrichtentechnik verwendet werden und dort zu mehreren in einer Verstärkungsschaltung zusammengefaßt sind.
In der Vergangenheit verwendete man Stromquellen zur Speisung jeder der Röhren. Fiel eine Röhre aus, dann konnten die anderen weiterarbeiten.
Zunehmend ging man für Satellitenanwendungen wegen des Platz- und Gewichtsbedarfs dazu über, nur noch eine Speisequelle zu verwenden, die sowohl hohe Spannungen als auch Leistung liefert, um bestimmte Hochspannungselektroden dieser Röhren zu versorgen. Diese Elektroden sind insbesondere die Elektroden des Kollektors, der normalerweise tiefergelegt ist, und die Kathode. Die Elektroden gleicher Art jeder der Röhren sind dann parallel geschaltet.
Eine solche Parallelschaltung ergibt Probleme der Zuverlässigkeit. Wenn nämlich ein Isolationsfehler an einer dieser Elektroden auftritt, kann der Verstärker nicht mehr arbeiten. Man gewinnt zwar hinsichtlich des Gewichts und des Platzbedarfs, verliert aber hinsichtlich der Zuverlässigkeit, was bei Satellitenanwendungen kaum toleriert werden kann.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, diese Nachteile zu beheben, und schlägt eine Stromversorgungsvorrichtung für eine Mehrzahl von Elektronenröhren vor, die nicht mit diesem Verlust an Zuverlässigkeit behaftet ist und doch relativ leicht und kompakt ist.
Diese Stromversorgungsvorrichtung enthält insbesondere Elemente zum Schutz und zum Abschalten in Höhe der par allelgeschalteten Elektroden, um zu verhindern, daß der Ausfall einer der Röhren die anderen unbrauchbar macht.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich also auf eine Vorrichtung zur elektrischen Stromversorgung einer Mehrzahl von Elektronenröhren, die je eine Elektronenkanone mit einer Kathode, die einen Strahl von Elektronen aussenden soll, wenn sie von einer Heizvorrichtung aufgeheizt wird, mit einem Wehneltzylinder und mit einer Anode zur Regelung des Elektronenstrahls, eine oder mehrere Elektroden eines Kollektors und eine Wechselwirkungsvorrichtung für den Elektronenstrahl zwischen der Kanone und dem Kollektor enthalten.
Die Stromversorgungsvorrichtung enthält eine Hauptstromquelle, die mindestens die Kathoden und die Elektroden des Kollektors sowie getrennte erste Hilfsstromquellen für die Speisung je einer der Anoden parallel mit Strom versorgen soll.
Weiter enthält die Vorrichtung zweite Hilfsstromquellen, die getrennt steuerbar sind, um je mindestens den Wehneltzylinder und die Heizvorrichtungen einer Röhren zu speisen, in einer Richtung leitende Schutzelemente, die die Hauptstromquelle gegen jede der Kollektorelektroden schützen sollen, Schaltmittel, um die Hauptstromquelle gegen jede der Kathoden zu isolieren, Schutzmittel für die Gesamtheit der Wechselwirkungsvorrichtungen, um mindestens die Hauptstromquelle auszuschalten, wenn die Wechselwirkungsvorrichtungen von einem globalen Strom oberhalb eines Grenzwerts durchflossen werden, und Schutzvorrichtungen für die ersten Hilfsstromquellen im Fall eines Kurzschlusses an einer der Anoden.
Die Hauptstromquelle kann von mehreren elementaren Stromquellen gebildet werden, wobei die Kathoden durch eine dieser Quellen und die Kollektorelektroden durch mindestens eine andere Quelle mit Strom versorgt werden. Diese Variante ermöglicht eine einfachere Regelung der gelieferten Spannun gen.
Wenn die Kanonen je eine zweite als Ionenbarriere dienende Anode besitzen, können diese zweiten Anoden je von einer der zweiten Hilfsstromquellen oder auch von der Hauptstromquelle gespeist werden. In diesem letzteren Fall ist eine Schutzvorrichtung vorgesehen, um die Hauptstromquelle gegen jede der zweiten Anoden zu schützen.
Die in einer Richtung leitenden Schutzelemente sind vorzugsweise Halbleiterelemente wie Dioden oder Thyristoren.
Es ist günstig für eine weitere Verbesserung der Zuverlässigkeit, wenn die Halbleiterelemente zu mehreren in einer Parallelschaltung angeordnet sind.
Die Schaltmittel sind vorzugsweise Relais-Kontakte.
Die ersten Hilfsstromquellen können auf ein Potential bezogen sein, das von der Hauptstromquelle geliefert wird, oder sie können von der Hauptstromquelle gespeist werden. Dieses Potential ist vorzugsweise das den Kathoden gelieferte Potential.
Jede zweite Hilfsstromquelle ist auf das Potential der Kathode der Röhre bezogen, die sie speist und gegebenenfalls auf die Masse in der Ausführungsform, in der sie eine zweite Anode speist.
Die Schutzvorrichtungen der ersten Hilfsstromquellen und der Hauptstromquelle können beispielsweise Widerstandselemente sein.
Anstelle der Widerstandselemente können die Schutzvorrichtungen der ersten Hilfsstromquellen Relais-Kontakte sein.
Die einer Röhre zugeordneten Relais-Kontakte können gleichzeitig betätigt werden.
Um die Anzahl von Hauelementen zu verringern, können die einer gemeinsamen Röhre zugeordneten Relais-Kontakte einem Vielfachkontakt-Relais angehören.
Ein Aus- und/oder Einschalten einer zweiten Hilfsstromquelle kann das Öffnen und/oder Schließen der Schalt mittel steuern, die an die Kathode derjenigen Röhre angeschlossen sind, die von dieser zweiten Hilfsstromquelle gespeist wird.
Ein Aus- und/oder Einschalten einer zweiten Hilfsstromquelle kann das Aus- und/oder Einschalten derjenigen ersten Hilfsstromquelle steuern, die die gleiche Röhre wie die zweite Quelle speist.
Andere Merkmale und Vorzüge der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch eine bekannte elektrische Stromversorgungsvorrichtung für eine Mehrzahl von Elektronenröhren.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Stromversorgungsvorrichtung für eine Mehrzahl von Elektronenröhren gemäß der Erfindung.
Fig. 3 zeigt eine erste Variante einer elektrischen Stromversorgungsvorrichtung für eine Mehrzahl von Elektronenröhren gemäß der Erfindung.
Fig. 4 zeigt eine zweite Variante einer elektrischen Stromversorgungsvorrichtung für eine Mehrzahl von Elektronenröhren gemäß der Erfindung.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Stromversorgungsvorrichtung für eine Mehrzahl von Elektronenröhren nach dem Stand der Technik.
In dem beschriebenen Beispiel handelt es sich um zwei Elektronenröhren T1 und T2 in Form von Wanderfeldröhren.
Eine Wanderfeldröhre enthält gewöhnlich eine Kathode aus einem bei Erhitzung emittierenden Material, die von einer Heizvorrichtung erwärmt wird. Die Kathode wird auf ein negatives Potential von etwa -6000 Volt gebracht. Die Kathode wird von einer Fokussier-Elektrode, auch Wehnelt-Zylinder genannt, umgeben, die auf ein Potential in der Nähe des Potentials der Kathode gebracht wird, beispielsweise auf ein Potential von -5 V bezüglich des dieser Kathode. Diese beiden Elektroden liegen in der Nähe einer ersten Anode, die zur Regelung des von der Kathode emittierten Stroms dient, und gegebenenfalls in der Nähe einer zweiten Anode, die als Ionenbarriere dient und vermeidet, daß die in der Röhre enthaltenen Ionen die Kathode erreichen können.
Die Kathode, ihre Heizvorrichtung, der Wehneltzylinder und die Anoden bilden eine Elektronenkanone. Die Anoden und der Wehnelt-Zylinder, die eine zentrale Öffnung besitzen, bewirken, daß die von der Kathode emittierten Elektronen sich zu einem langen und feinen Strahl bündeln. Die erste Anode, die der Kathode am nächsten kommt, wird im allgemeinen auf ein Potential von etwa +1500 V bezüglich der Kathode gebracht. Die zweite, weiter von der Kathode entfernte Anode wird im allgemeinen auf ein höheres Potential als das einer Wechselwirkungsvorrichtung gebracht, in die die Elektronen nach dem Verlassen der Kanone eindringen.
Die Wechselwirkungsvorrichtung, im allgemeinen in Form einer Wendelleitung in den Wanderfeldröhren, wird an Masse gelegt. Nachdem die Elektronen die Wechselwirkungsvorrichtung durchlaufen und ihre Energie abgegeben haben, werden sie in einem Kollektor gesammelt. Dieser Kollektor enthält eine oder mehrere auf abnehmende Potentiale gebrachte Elektroden, je weiter man sich vom Wechselwirkungsraum entfernt. Diese Potentiale sind geringer als das Potential des Wechselwirkungsraums, aber höher als das der Kathode.
Wenn der Kollektor drei Elektroden hintereinander besitzt, kann die erste auf ein Potential von etwa +3000 Volt und die letzte auf ein Potential von +700 Volt bezüglich der Kathode gebracht werden.
Eine gemeinsame Hauptstromquelle C0, die sowohl Hochspannung als auch Leistung liefert, wird zur Speisung bestimmter Elektroden der Röhren T1, T2 verwendet. Es handelt sich um die Kathoden K1, K2, um Kollektorelektroden C11 und C12, C21 und C22, C31 und C32 sowie um Wehneltzylinder W1 und W2. Diese Hauptstromquelle C0 ist ein Stromwandler in Form eines Transformators mit einer Primärwicklung P und mehreren Sekundärwicklungen S1 bis S6, die verschiedene Spannungen liefern. Gleichrichtermittel D1 bis D6 sind mit ihren Eingangsklemmen an je eine der Sekundärwicklungen S1 bis S6 angeschlossen. Kondensatoren C1 bis C6 liegen zwischen den Ausgangsklemmen der Gleichrichtermittel D1 bis D6.
Von den durch die Hauptstromquelle C0 gespeisten Elektroden sind die Kathoden K1 und K2 parallelgeschaltet und an die Sekundärwicklung S4 angeschlossen. Gleiches gilt für die Elektroden der Kollektoren, die nach Typ geordnet zusammengefaßt sind. Die Sekundärwicklung S1 ist an die Elektroden C11 und C12, die Sekundärwicklung S2 an die Elektroden C21 und C22 und die Sekundärwicklung S3 ist an die Elektroden C31 und C32 angeschlossen.
Die beiden Wehneltzylinder W1 und W2 sind je mit einer eigenen Sekundärwicklung S5 und S6 verbunden. Sie empfangen unterschiedliche Spannungen.
Die Wendeln H1 und H2 sind parallelgeschaltet und liegen an der Masse der Hauptstromquelle C0.
Die ersten Anoden A01 und A02 werden einzeln durch je eine erste Hilfsstromquelle SA01 bzw. SA02 gespeist, die aus der Hauptstromquelle C01 versorgt werden. Das Potential der ersten Anoden A01 und A02 ist für jede Röhre ein anderes und hängt vom Kathodenstrom ab. Eine Strommeßsonde SC1 und SC2 ist für die Messung des Stroms je einer Kathode A01 und A02 vorgesehen. Die von jeder ersten Hilfsstromquelle SA01 und SA02 an die ersten Anoden A01, A02 gelieferte Spannung wird an den ermittelten Kathodenstrom angepaßt.
Diese ersten Hilfsstromquellen SA01 und SA02 werden sehr wenig belastet, denn ihr Nennstrom liegt bei etwa einigen Mikroampere. Tritt ein Isolationsfehler zwischen einer der ersten Anoden und Masse auf, dann schaltet sich die Hauptstromquelle C0 sofort unter der Wirkung eines Überstroms ab.
Eine zweite Hilfsstromquelle SA geringer Leistung speist die zweiten Anoden A11 und A12, die als Ionenbarriere wirken. Die zweiten Anoden A11 und A12 sind parallelgeschaltet.
Die Heizvorrichtungen der Kathoden K1 und K2 liegen zwischen den Klemmen F1 und FK1 für die Röhre T1 und F2 und FK2 für die Röhre T2. Die Klemmen FK1 und FK2 sind an die entsprechende Kathode K1, K2 angeschlossen. Jede Heizvorrichtung wird mit Wechselstrom von einer dritten autonomen und steuerbaren Hilfsstromquelle SF1 und SF2 gespeist. Die Steuerung jeder der dritten Hilfsstromquellen SF1, SF2 erlaubt es, die entsprechende Röhre einzuschalten.
Wenn ein Isolationsfehler in Höhe einer der parallelgeschalteten Elektroden einer der Röhren auftritt, kann die Mehrzahl von Röhren wegen dieser Parallelschaltung nicht mehr arbeiten.
Widerstände geringen ohmschen Werts, die alle mit R bezeichnet sind, liegen in Reihe mit den ersten Anoden A01, A02 und ihrer Stromquelle SA01, SA02, zwischen den zweiten Anoden A11, A12 und ihrer Stromquelle SA und zwischen den Kathoden K1, K2, den Kollektorelektroden C11, C21, C31, C12, C22, C32 und ihrer Stromquelle C0. Sie schützen die Stromquellen bei kurzen elektrischen Entladungen in den Röhren, können aber eine schlechte Isolation nicht dauerhaft aushalten.
Fig. 2 zeigt schematisch ein Beispiel einer elektrischen Stromversorgungsvorrichtung für eine Mehrzahl von Elektronenröhren gemäß der Erfindung.
Wie in Fig. 1 sind die dargestellten Röhren T1 und T2 Wanderfeldröhren, aber natürlich ist die erfindungsgemäße Stromversorgungsvorrichtung auch auf andere Röhren mit Wechselwirkung in Längsrichtung anwendbar.
Wie beim Stand der Technik gibt es auch hier eine Hauptstromquelle C01, die Hochspannung und Leistung zur Speisung mindestens der Kathoden K1, K2 der Röhren T1 und T2 und der Elektroden C11 und C12, C21 und C22, C31 und C32 der Kollektoren liefert. Diese Elektroden sind nach ihrem Typ zusammengefaßt und werden parallel gespeist. Die Hauptstromquelle C01 ist genauso dargestellt wie in Fig. 1 mit einer Primärwicklung P' und mit Sekundärwicklungen S'1 bis S'4, mit Gleichrichtermitteln D'1-bis D'4 und mit Kondensatoren C'1 bis C'4.
Erfindungsgemäß schützen in einer Richtung leitende Schutzelemente d11, d12, d21, d22, d31, d32 die Hauptstromquelle C01 gegenüber jeder Kollektorelektrode C11, 012, C21, C22, C31, C32. Diese in einer Richtung leitenden Schutzelemente sind vorzugsweise Halbleiter wie Hochspannungsdioden, z. B. vom Typ Unitrode USR.80.A, die in Reihe zwischen die Stromquelle C01 und jede Kollektorelektrode eingefügt sind. Die Kathode der Dioden d11, d12, d21, d22, d31, d32 ist an je eine der Kollektorelektroden C11, 012, C21, C22, C31, C32 und die Anode ist an die Hauptstromquelle C01 angeschlossen. Im Normalbetrieb läßt jede Diode d11, d12, d21, d22, d31, d32 den Strom der Hauptstromquelle C01 zu der mit ihr verbundenen Elektrode durch. Besitzt eine der Elektroden C11, 012, C21, C22, C31, C32 einen Isolationsfehler hinsichtlich Masse oder hinsichtlich einer anderen Elektrode des gleichen Kollektors, dann ist die Hauptstromquelle C01 geschützt, da kein Strom von einer Elektrode zur Hauptstromquelle C01 fließen kann. Diese wird also nie kurzgeschlossen. Andere in einer Richtung leitende Halbleiter-Schutzelemente können anstelle von Dioden verwendet werden, z. B. Thyristoren. Man könnte auch den Dioden d11, d12, d21, d22, d31, d32 Serienwiderstände R' zuordnen, um ihre Umschaltung zu erleichtern.
Um die Zuverlässigkeit der elektrischen Stromversorgungsvorrichtung weiter zu verbessern, kann man anstelle einer einzigen Diode oder eines einzigen Thyristors je Kollektorelektrode mehrere Dioden oder Thyristoren d11, d'11, d12, d'12, d21, d'21, d22, d'22, d31, d'31, d32, d'32 in einer Parallelschaltung verwenden. Fig. 3 zeigt diese Variante mit zwei in gleicher Richtung parallelgeschalteten Dioden. Wenn eine der Dioden nicht mehr Strom leitet, gewährleistet die andere weiteren Schutz.
Schaltmittel sind vorgesehen, um die Hauptstromquelle C01 gegen jede Kathode K1, K2 zu isolieren. Diese Mittel sind als Hochspannungs-Relaiskontakt Re1, Re2 ausgebildet, der zwischen jeder Kathode K1, K2 und der Hauptstromquelle liegt. Die Relais Re1 und Re2 können beispielsweise vom Typ Kilovac HC2 sein. Im Normalbetrieb sind die Relaiskontakte Re1, Re2 geschlossen. Wenn eine Röhre als fehlerhaft identifiziert wurde, kann der der fehlerhaften Röhre entsprechende Relaiskontakt Re1, Re2 geöffnet werden, beispielsweise durch Fernsteuerung im Fall von Satellitenanwendungen, sodaß die Röhre außer Betrieb gelangt und den Betrieb der anderen Röhren nicht stört.
Die erste Anode A01, A02 zur Stromregelung jeder der Röhren wird wie in Fig. 1 von einer ersten Hilfsstromquelle SA01, SA02 gespeist, die von der Hauptstromquelle C01 mit Strom versorgt wird. Im beschrieben Beispiel empfangen diese Hilfsstromquellen einerseits das den Kathoden gelieferte Potential und andrerseits das der zweiten Elektrode C21, C22 der Kollektoren gelieferte Potential. Diese ersten Hilfsstromquellen SA01 und SA02 müssen in der Lage sein, einen Kurzschluß zwischen einer der ersten Anoden A01, A02 und der zugeordneten Kathode K1, K2, der zweiten zugeordneten Anode A11, A12 oder Masse zu ertragen. Hierzu liegt eine Schutzvorrichtung mit jeder der Hilfsstromquellen SA01, SA02 und der ersten Anode A01, A02 in Reihe. Diese Schutzvorrichtung ist als Widerstandselement R01, R02 geeigneten ohmschen Werts dargestellt. Es erhöht die Impedanz jeder der ersten Hilfsstromquellen. Es ist günstig, wenn die Schutzvorrichtung einen Dauerkurzschluß aushält.
Anstelle eines Widerstandselements R01, R02 kann man auch einen Relaiskontakt verwenden, wie in Fig. 3 gezeigt.
Die Strommeßsonden SC1 und SC2 werden auch genauso wie in Fig. 1 verwendet. Sie liegen zwischen den Relais Re1, Re2 und der Hauptstromquelle C01 im Beispiel der Fig. 2.
Jede Röhre T1, T2 ist an eine zweite Hilfsstromquelle SA1, SA2 angeschlossen, die mindestens die jeweilige Heizvorrichtung F1 und FK1, F2 und FK2 sowie den Wehneltzylinder W1, W2 speist. Diese zweiten Hilfsstromquellen SA1, SA2 können getrennt gesteuert werden und können auf Wunsch bei Bedarf ausgeschaltet werden. Sie können wie die Hauptstromquelle C01 als ein Transformator ausgebildet sein mit einer Primär- und mehreren Sekundärwicklungen, die Gleichrichtermitteln zugeordnet sind oder auch nicht. Vorzugsweise werden sie, insbesondere für Satellitenanwendungen, gegen Überströme und Kurzschlüsse geschützt.
In dem beschriebenen Beispiel besitzen die Röhren T1, T2 eine zweite Anode A11, A12, die als Ionenbarriere wirkt, und die zweite Anode jeder Röhre wird auch durch diese zweite Hilfsstromquelle SA1, SA2 gespeist. Jede zweite Hilfsstromquelle SA1, SA2 besitzt ein Bezugspotential gleich dem Kathodenpotential der Röhre, die sie speist, und in diesem Beispiel gleich Masse, da diese Quelle auch eine zweite Anode speist.
Weist eine Röhre einen Isolationsfehler auf, dann führt dieser meist zu einer Veränderung des Brennpunkts des Elektronenstrahls und damit zu einer erheblichen Zunahme des Gesamtstroms der Wendel. Es ist eine Schutzvorrichtung PH zum Schutz gegen einen globalen Überstrom der zugeordneten Wendel in Verbindung mit einer Fernmessung in Satellitenanwendungen vorgesehen. Diese Schutzvorrichtung PH hat als Meßsonde einen Widerstand, der in Reihe zwischen der Hauptstromquelle C01 und den Wendeln H1 und H2 liegt, die parallelgeschaltet sind. Eine abnorme Erhöhung des Gesamtstroms der Wendel oberhalb eines vorbestimmten Schwellwerts löst eine Ausschaltung mindestens der Hauptstromquelle C01 aus. Es kann in Satellitenanwendungen günstig sein, daß sämtliche Stromquellen ausgeschaltet werden. Dies verhindert, daß die Stromquellen Schaden nehmen.
Wenn alle Stromquellen ausgeschaltet werden, dann überprüft man einzeln den Zustand der Röhre. Hierzu schaltet man, in Satellitenanwendungen durch Fernsteuerung, eine der zweiten Hilfsstromquellen, z. B. SA1, sowie die Hauptstromquelle C01 ein. Dann überprüft man den Betrieb der gespeisten Röhre, hier T1, über mindestens den Strom in seiner Wendel und die Ausgangsleistung. Wenn sich die Röhre T1 als fehlerhaft herausstellt, muß man sie isolieren, indem man gezielt deren zweite Hilfsstromquelle SA1 ausschaltet. Der an der Kathode K1 liegende Relaiskontakt Re1 wird geöffnet, wenn der erfaßte Fehler die Hochspannungsisolierung der Kathode K1, des Wehneltzylinders W1 oder der Heizvorrichtung F1, FK1 betrifft. Wenn die Röhre T1 betriebsbereit ist, schaltet man deren zweite Hilfsstromquelle SA1 aus, um eine weitere Röhre, z. B. SA2 zu testen. Es ist nicht notwendig, den Relaiskontakt Re1 zu öffnen. Wenn alle Röhren getestet wurden, können die fehlerfreien Röhren weiter in Betrieb bleiben, indem ihre Hilfsstromquellen eingeschaltet und wenn erforderlich die entsprechenden Relaiskontakte geschlossen werden.
Wie üblich, wird die Hauptstromquelle C01 gegen Überströme geschützt, wobei dieser Schutz auf der Primärseite P' die Ausschaltung bewirkt. Gleiches gilt für die zweiten Hilfsstromquellen.
Anstatt die zweiten Anoden A11, A12 über die zweiten Hilfsstromquellen SA1, SA2 zu speisen, wie in Fig. 2 gezeigt ist, kann man auch die zweiten Anoden durch die Hauptstromquelle C01 speisen; diese Variante ist in Fig. 3 gezeigt.
Eine Sekundärwicklung S'0 wurde der Hauptstromquelle C01 zugeordnet. An diese sind Gleichrichtermittel D'0 angeschlossen. Ein Kondensator C'0 ist mit den Ausgangsklemmen der Gleichrichtermittel D'0 verbunden. Die Sekundärwicklung S'0 liefert eine positive Spannung gegen Masse. Die zweiten Anoden A11, A12 sind je an die Sekundärwicklung der Hauptstromquelle C01 angeschlossen. Eine Schutzvorrichtung Ra1, Ra2 ist zwischen jede der zweiten Anoden A11, A12 und die Hauptstromquelle C01 eingefügt. Diese Schutzvorrichtung schützt die Hauptstromquelle C01 bei einem Isolationsfehler einer der zweiten Anoden A11, A12. Die Schutzvorrichtung kann ein Widerstandselement eines geeigneten Werts sein, das in reihe zwischen die Hauptstromquelle C01 und jede der zweiten Anoden A11, A12 geschaltet ist.
Relaiskontakte Re'1 und Re'2 schützen die ersten Hilfsstromquellen SA01, SA02. Die Relaiskontakte Re'1, Re'2 und Re1, Re2, die einer bestimmten der Röhren T1, T2 zugeordnet sind, können gleichzeitig betätigt werden. Sie können sogar zu einem Mehrkontaktrelais gehören.
Serienwiderstände R sind den Relais Re'1, Re'2 zugeordnet.
Man kann statt der Speisung der ersten Anoden A01, A02 zur Stromregelung über je eine erste Hilfsstromquelle SA01 bzw. SA02, die aus der Hauptstromquelle C01 gespeist wird, die ersten Hilfsstromquellen SA01', SA02' als unabhängige Stromquellen ausbilden, deren Bezugspotential von der Hauptstromquelle C01 geliefert wird. Diese zweite Variante ist in Fig. 4 gezeigt. In diesem Beispiel ist dieses Potential dasjenige, das an die Kathoden geliefert wird, aber auch andere Möglichkeiten sind denkbar.
In dieser Konfiguration kann die Ausschaltung einer der zweiten Hilfsstromquellen SA1, SA2 die Ausschaltung derjenigen ersten Hilfsstromquelle SA01', SA02' steuern, die die gleiche Röhre speist. Gleiches gilt für die Inbetriebnahme einer der zweiten Hilfsstromquellen, die die Inbetriebnahme derjenigen ersten Hilfsstromquelle steuert, welche die gleiche Röhre speist. Für die Inbetriebnahme gibt es eine Zeitverzögerung.
Anstelle einer einzigen Hauptstromquelle C01 kann man auch eine Hauptstromquelle C01 verwenden, die aus mehreren elementaren getrennten Stromquellen C011, C012 geringer Leistung gebildet wird, um eine einfachere Regelung der Spannung zu erlauben. Die Kathoden K1, K2 werden durch eine erste elementare Stromquelle C011 gespeist. Die Wechselwirkungsvorrichtung H1, H2 ist an diese erste Elementarstromquelle C011 angeschlossen.
Die Kollektorelektroden C11, 012, C21, C22, C31, C32 werden von mindestens einer zweiten elementaren Stromquelle C012 gespeist.
Jede der elementaren Stromquellen C011, C012 enthält eine Primärwicklung P11 bzw. P12 sowie mehrere Sekundärwicklungen, S1a, S1b, S1c, S1d, S1e bzw. S2a, S2b, S2c, Gleichrichtermittel D1a, D1b, D1c, D1d, D1e bzw. D2a, D2b, D2c und Kondensatoren C1a, C1b, C1c, C1d, C1e bzw. C2a, C2b, C2c.
Wie üblich und wie aus den Fig. 2 bis 4 zu ersehen, liegen Widerstände, die alle das Bezugszeichen R tragen, in Reihe zwischen der Hauptstromquelle C01 und den Kathoden K1, K2. Sie haben dieselbe Aufgabe wie in Fig. 1.
Die erfindungsgemäße elektrische Stromversorgungsvorrichtung ist zuverlässiger als die bekannten, da unabhängig von der Art des Isolationsfehlers zwischen Elektroden oder zwischen Elektroden und Masse in einer der Röhren diese isoliert werden kann, ohne die Stromquellen zu gefährden und ohne den Betrieb der anderen Röhren zu behindern. Die nachstehende Tabelle zeigt eine Übersicht über das Verhalten einer von einer erfindungsgemäßen Stromversorgungsvorrichtung gespeisten Röhre gemäß Fig. 2 im Fall eines Isolationsfehlers zwischen Elektroden.
Hierin bedeutet:
1: Ein Überstrom in der Wendel oder ein Überstrom in der Hauptstromquelle führt zum Ausschalten mindestens der Hauptstromquelle. Die Erfassung eines Überstroms in einer der zweiten Hilfsstromquellen führt zur Ausschaltung mindestens dieser Quelle.
2: Schutz der Hauptstromquelle durch die in einer Rich tung leitenden Schutzmittel.
3: Schutz der ersten Hilfsstromquellen durch die Quellimpedanz.
4: Isolierung der fehlerhaften Röhre durch gezieltes Ausschalten der zweiten Hilfsstromquelle, die sie speist, und durch Öffnen der ihrer Kathode zugeordneten Schaltmittel.
5: Leistungsüberschreitung auf der Primärseite der Hauptstromquelle ohne Ausschaltung.
6: unmöglich
7: Die Röhre liefert keine Hochfrequenz
8: Kein Problem
9: Verschlechterung der Fokussierung des Strahls.
Nachfolgend wird der Gewinn durch die Erfindung hinsichtlich der Zuverlässigkeit der Einrichtung erläutert. Gemäß der internationale Norm, die unter dem englischen Begriff "Reliability prediction of electronic equipment MIL. HDBK.217F" bekannt ist, beträgt die Ausfallrate λ einer Hochspannungsdiode vom Typ USR.80A
λ(Diode) = 59 Ausfälle/10&sup9; Stunden, was eine Ausfallwahrscheinlichkeit P einer Diode in 10 Jahren von
P1 = 1 - e-λT oder 5,1671·10&supmin;³ ergibt.
Die Ausfallrate zweier parallelgeschalteter Dioden beträgt
λ(zwei Dioden parallel) = 0,3 Ausfälle/10&sup9; Stunden, was eine Ausfallwahrscheinlichkeit P2 von zwei parallelgeschalteten Dioden von P2 = (5,1671·10&supmin;³)² ergibt.
Die Ausfallrate der Anschlüsse einer Diode beträgt
λ(Anschlüsse einer Diode) = 0,5 Ausfälle/10&sup9; Stunden.
Will man vier Wanderfeldröhren mit drei Elektroden am Kollektor parallel speisen und bestehen die Schutzmittel der Hauptstromquelle bezüglich des Kollektors aus zwei parallelgeschalteten Dioden je Kollektorelektrode, dann beträgt die Ausfallrate der Dioden
λ(24 Dioden) = 0,3·3·4 oder 3,3 Ausfälle/10&sup9; Stunden.
Die Ausfallrate der Anschlüsse der Dioden beträgt
λ(Anschlüsse) = 0,5·2·3·4 oder 12 Ausfälle/10&sup9; Stunden.
Die Ausfallrate der Dioden und ihrer Anschlüsse beträgt
λ(24 Dioden und Anschlüsse) 16 Ausfälle/10&sup9; Stunden.
Die Ausfallrate eines Relais des typs Kilovac HC2 beträgt
λ(ein Relais) = 3,15 Ausfälle/10&sup9; Stunden.
Die Ausfallrate von zwei Relaisanschlüssen beträgt
λ(Anschlüsse) = 1 Störung/10&sup9; Stunden.
Die Ausfallrate von vier Relais und ihren Anschlüssen beträgt
λ(vier Relais und Anschlüsse) 17 Ausfälle/10&sup9; Stunden.
Die Ausfallrate einer Röhre beträgt
λ(Röhre) = 337 Ausfälle/10&sup9; Stunden.
Die Ausfallrate der Stromquellen alleine ist im wesentlichen dieselbe in der bekannten Vorrichtung (Fig. 1) wie in der erfindungsgemäßen Vorrichtung (Fig. 2) und beträgt
λ(Stromquelle) = 465 Ausfälle/10&sup9; Stunden.
Die Ausfallwahrscheinlichkeit der bekannten Vorrichtung in 10 Jahren, wobei der Ausfall einer Röhre den Ausfall aller vier Röhren nach sich zieht, beträgt
P(Ausfall der Vorrichtung) = = P(Ausfall der Stromquellen) + 4P(Ausfall einer Röhre) = 1 - e-λ(Stromquellen)T + 4(1 - e-λ(Röhre)T) = = 3,99·10&supmin;² + 4·2,91·10&supmin;² = 0,156
Die Ausfallwahrscheinlichkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in 10 Jahren bei Ausfall einer Röhre beträgt
P(Ausfall der Vorrichtung) = = P(Ausfall der Stromquellen) + 4P(Ausfall einer Röhre) = 1 - e-λ(Stromquellen+Dioden+Relais+Anschlüsse)T + 4(1 - e-λ(Röhre)T) = = 4,268·10&supmin;² + 4·2,91·10&supmin;² = 0,159
Die Ausfallwahrscheinlichkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in 10 Jahren bei Ausfall zweier Röhren beträgt
P(Ausfall der Vorrichtung) = = P(Ausfall der Stromquellen und der Schutzmittel) + 4P(Ausfall einer Röhre)·3P(Ausfall einer Röhre) = = 4,268·10&supmin;² + 4·2,91·10&supmin;²·3·2,91· 10&supmin;² = 0,0528
Die Ausfallwahrscheinlichkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in 10 Jahren bei Ausfall von vier Röhren beträgt
P(Ausfall der Vorrichtung) = = P(Ausfall der Stromquellen und der Schutzmittel) + 4P(Ausfall einer Röhre)·3P(Ausfall einer Röhre)·2P(Ausfall einer Röhre)·P(Ausfall einer Röhre) = = 4,268· 10&supmin;² + 4!(2,91·10&supmin;²)&sup4; = 0,0427
Die erfindungsgemäße Stromversorgungsvorrichtung ist zuverlässiger als die üblicherweise verwendete, da die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls in 10 Jahren zum Verlust eines von vier Kanälen oder einem Leistungsabfall von 25% führt, was der Wahrscheinlichkeit eines Gesamtausfalls der bekannten Vorrichtung entspricht, die beispielsweise auf dem Ausfall nur einer der Röhren beruht.
Außerdem ist die Ausfallwahrscheinlichkeit in 10 Jahren aufgrund eines Verlusts zweier der vier Kanäle oder eines Leistungsabfalls von 50% dreimal geringer als die Wahrscheinlichkeit des Totalausfalls der bekannten Vorrichtung, die beispielsweise durch den Ausfall nur einer der Röhren verursacht wurde.

Claims

1. Vorrichtung zur elektrischen Stromversorgung einer Mehrzahl von Elektronenröhren (T1, T2), die je aufweisen:

- eine Elektronenkanone mit einer Kathode (K1, K2), die einen Strahl von Elektronen aussenden soll, wenn sie von einer Heizvorrichtung (F1, FK1, F2, FK2) aufgeheizt wird, mit einem Wehneltzylinder (W1, W2) und mit einer Anode zur Regelung des Elektronenstrahls (A01, A02),

- eine oder mehrere Elektroden (C11, C12; C21, C22; C31, C32) eines Kollektors,

- eine Wechselwirkungsvorrichtung (H1, H2) für den Elektronenstrahl zwischen der Kanone und dem Kollektor, während die Stromversorgungsvorrichtung aufweist:

- eine Hauptstromquelle (C01), die gegebenenfalls aus mehreren elementaren Stromquellen (C011, C012) besteht und mindestens die Kathoden (K1, K2) und die Elektroden (C11, C12; C21, C22; C31, C32) des Kollektors parallel mit Strom versorgen sollen,

- und getrennte erste Hilfsstromquellen (SA01, SA02) für die Speisung je einer Anode (A01, A02) einer Röhre, dadurch gekennzeichnet, daß sie zweite Hilfsstromquellen (SA1, SA2) aufweist, die getrennt steuerbar sind, um je mindestens den Wehneltzylinder (W1, W2) und die Heizvorrichtungen (F1, FK1; F2, FK2) einer der Röhren (T1, T2) zu speisen,

- in einer Richtung leitende Schutzelemente (d11, d12; d21, d22; d31, d32), um die Hauptstromquelle gegen jede der Kollektorelektroden (C11, C12; C21, C22; C31, C32) zu schützen,

- Schaltmittel (Re1, Re2), um die Hauptstromquelle (C01) gegen jede der Kathoden (K1, K2) zu isolieren,

- Schutzmittel (PH) für die Gesamtheit der Wechselwir kungsvorrichtungen (H1, H2), um mindestens die Hauptstromquelle (C01) auszuschalten, wenn die Wechselwirkungsvorrichtungen (H1, H2) von einem globalen Strom oberhalb eines Grenzwerts durchflossen werden,

- Schutzvorrichtungen (R01, R02) für die ersten Hilfsstromquellen (SA01, SA02) im Fall eines Kurzschlusses an einer der Kathoden (A01, A02).

2. Elektrische Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1, mit einer Hauptstromquelle (C01), die aus mehreren elementaren Stromquellen (C011, C012) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste elementare Stromquelle (C011) die Kathoden (K1, K2) und mindestens eine zweite elementare Stromquelle (C012) die Kollektorelektroden (C11, C12, C21, C22, C31, C32) speist.

3. Elektrische Stromversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, in der die Elektronenkanonen je eine zweite Anode (A11, A12) besitzen, die als Ionenbarriere wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Anoden (A11, A12) je von einer der zweite Hilfsstromquellen (SA1, SA2) gespeist werden.

4. Elektrische Stromversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, in der die Elektronenkanonen je eine zweite Anode (A11, A12) besitzen, die als Ionenbarriere dient, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Anoden (A11, A12) von der Hauptstromquelle (C01) gespeist werden, wobei Schutzvorrichtungen (Ra1, Ra2) zum Schutz der Hauptstromquelle (C01) gegen jede der zweiten Anoden (A11, A12) vorgesehen sind.

5. Elektrische Stromversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in einer Richtung leitenden Schutzelemente (d11, d12; d21, d22; d31, d32) Halbleiterelemente wie Dioden oder Thyristoren sind.

6. Elektrische Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterelemente (d11, d'11; d12, d'12; d21, d'21; d22, d'22; d31, d'31; d32, d'32) zu mehreren in einer Parallelschaltung angeordnet sind.

7. Elektrische Stromversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel Relaiskontakte (Re1, Re2) sind.

8. Elektrische Stromversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugspotential der ersten Hilfsstromquellen (SA01, SA02) ein von der Hauptstromquelle (C01) geliefertes Potential ist.

9. Elektrische Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Potential das an die Kathoden (K1, K2) gelieferte Potential ist.

10. Elektrische Stromversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Hilfsstromquellen (SA01, SA02) von der Hauptstromquelle (C01) gespeist werden.

11. Elektrische Stromversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen zum Schutz der ersten Hilfsstromquellen (SA01, SA02) Relaiskontakte (Re'1, Re'2) sind.

12. Elektrische Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Relaiskontakte (Re1, Re'1; Re2, Re'2), die einer bestimmten Röhre zugeordnet sind, gemeinsam betätigt werden.

13. Elektrische Stromversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Relaiskontakte (Re1, Re'1; Re2, Re'2), die einer bestimmten Röhre zugeordnet sind, zu einem Vielfachkontaktrelais gehören.

14. Elektrische Stromversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzvorrichtungen (R01, R02, Ra1, Ra2) der ersten Hilfsstromquellen (SA01, SA02) und der Hauptstromquelle (C01) Widerstandselemente sind.

15. Elektrische Stromversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugspotential jeder zweiten Hilfsstromquelle (SA1, SA2) das Potential der Kathode (K1, K2) der von ihr gespeisten Röhre ist.

16. Elektrische Stromversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugspotential der zweiten Hilfsstromquellen (SA1, SA2) Masse ist, wenn sie die zweiten Anoden (A11, A12) speisen.

17. Elektrische Stromversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß durch Ausschalten und/oder Einschalten einer zweiten Hilfsstromquelle (SA1) das Öffnen und/oder Schließen des Schaltmittels (Re1, Re2) gesteuert wird, das an die Kathode (K1) der Röhre (T1) angeschlossen ist, welche von dieser zweiten Hilfsstromquelle (SA1) gespeist wird.

18. Elektrische Stromversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Ausschalten und/oder Einschalten einer zweiten Hilfsstromquelle (SA1) das Ausschalten und/oder Einschalten der ersten Hilfsstromquelle (SA01) gesteuert wird, die die gleiche Röhre wie diese zweite Hilfsstromquelle (SA1) speist.