DE975838C - Anordnung zum Ausgleich der von Frequenzaenderungen herruehrenden Schwankungen der Ausgangsspannung von magnetischen Spannungsreglern - Google Patents

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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. 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, dadurch gekennzeichnet, daß 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 besteht.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleich des am Längswiderstand entstehenden Spannungsverlustes am Eingang oder Ausgang des frequenzabhängigen Spannungsteilers ein Transformator mit einstellbarer Spannung liegt.
3. 3. Anwendung der Anordnung nach Anspruch 1 oder 2 zur Lieferung der Primärspannung eines Hochspannungstransformators, der über eine Gleichrichteranordnung die Beschleunigungsspannung für ein elektronenoptisches Gerät, insbesondere ein Übermikroskop, liefert.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der am Eingang des frequenzabhängigen Spannungsteilers liegende Transformator mit für die Einstellung verschiedener Strahlspannungen nötigen Anzapfungen versehen ist. In Betracht gezogene Druckschriften Deutsche Patentschrift Nr. 655 693; ATM J o62-8 vom Dezember 1934; ATM J o62-9 vom Februar 1937; Electronic Engineering (19q.9), S. 155 bis r58.