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Hochspannungstransformator mit angezapfter Hochspannungswicklung,
insbesondere für Röntgenanlagen Es ist bereits bekannt, zur Regelung der Röntgenröhrenspannung
die Hochspannungswicklung des Hochspannungstransformators der Röntgenanlage in der
Mitte aufzutrennen und symmetrisch zur Mitte mit Anzapfungen zu versehen, die Anzapfungen
sind zu zwei Kontaktbahnen geführt, über die zwei miteinander und zweckmäßig mit
Erdpotential verbundene Reglerbürsten gleiten, die so miteinander gekuppelt sind,
daß sie symmetrisch gleichzeitig oder schrittweise nacheinander verstellt werden.
Bei gleichzeitiger Verstellung der beiden Reglerbürsten ändert sich die Spannung
bei jedem Schaltschritt um zwei Stufen, bei der schrittweise, also abwechselnd erfolgenden
Verstellung jedoch nur um eine Stufe. Im zweiten Fall ist also ohne Vermehrung der
Anzapfungen die Regelung halb so grob wie im ersten Fall. Um die Regelung noch feinstufiger
zu gestalten, müßte man die Zahl der Anzapfungen vermehren oder für jede Wicklungshälfte
eine besondere Feinstufenwicklung mit Feinregler anordnen, die mittels der Reglerbürste
an den Anzapfungen entlang geschaltet wird. Beide Wege sind schwierig durchzuführen
und bedingen einen erheblichen Mehraufwand.
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Die Erfindung betrifft einen Hochspannungstransformator, insbesondere
für Röntgenanlagen, mit einer in der Mitte aufgetrennten und mit Anzapfungen versehenen
Hochspannungswicklung und einem Wähler, durch den aus jeder Wicklungshälfte eine
Anzapfung ausgewählt wird und die jeweils ausgewählten beiden Anzapfungen miteinander
verbunden und zweckmäßig an Erdpotential gelegt werden. Man kann ohne Vermehrung
der Anzapfungen eine feinstufigere bzw. mit
weniger Anzapfungen
eine ebenso feine Spannungsregelung wie bei der eingangs erwähnten bekannten Anordnung
erfindungsgemäß dadurch erzielen, daß von der Mitte der Hochspannungswicklung aus
gerechnet die eine Wicklungshälfte abwechselnd grob- und feinstufig, die andere
Wicklungshälfte abwechselnd fein-und grobstufig angezapft ist, und daß der Wähler
derart ausgebildet ist, daß jede der Grobstufenanzapfungen einer, z. B. der ersten,
zweiten, dritten usw., Grobstufengruppe der einen Wicklungshälfte mit jeder der
Feinstufenanzapfungen der entsprechenden, z. B. der ersten, zweiten, dritten usw.,
Feinstufengruppe der anderen Wicklungshälfte verbindbar ist, derart, daß bei jedem
Schaltschritt desWählers die Spannung um den Betrag einer Feinstufe geändert wird.
Eine besonders einfache Anordnung ergibt sich, wenn in jede Wicklungshälfte regelmäßig
auf eine Grobstufe eine Feinstufe vom Betrage einer halben Grobstufe und auf eine
Feinstufe wieder eine Grobstufe folgt und die n-te Anzapfung jeder Wicklungshälfte
wahlweise mit der (ra-i)-ten, n-ten und (n -f- i)-ten Anzapfung der anderen Wicklungshälfte
durch den Wähler verbindbar ist. Zwar ist bei einem Hochspannungstransformator gemäß
der Erfindung die Spannungsverteilung nicht mehr in allen Wählerstellungen symmetrisch
zur elektrischen Mitte der Hochspannungswicklung, jedoch sind die Abweichungen so
gering, daß sie im Hinblick auf den durch die Erfindung erzielten Vorteil einer
feinstufigeren Regelung bzw. einer Verringerung der Zahl von Anzapfungen nicht ins
Gewicht fallen. Außerdem kann man im Bedarfsfall diese Abweichungen verringern und
die Spannungsverteilung mit noch größerer Annäherung symmetrisch gestalten, wenn
man die nichtangezapften Teile der beiden Wicklungshälften mit etwas voneinander
abweichenden Windungszahlen versieht. Die Erfindung ist auch bei Drehstromtransformatoren
anwendbar; zweckmäßig erfolgt hier die Regelung im Sternpunkt.
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In den Zeichnungen sind einige Ausführungsbeispiele für Hochspannungstransformatoren
gemäß der Erfindung schaltungsmäßig dargestellt. Die Abb. i und 2 zeigen schematisch
zwei Beispiele für die Ausbildung der Hochspannungswicklung mit dem Wähler unter
Fortlassung aller übrigen Teile des Transformators, während die Abb. 3 und q. in
Diagrammform die Spannungsverteilung dieser beiden Ausführungsbeispiele erkennbar
machen. In Abb. i ist jede von den beiden Wicklungshälften 11, 12 der Hochspannungswicklung
des Transformators mit n ='5 Anzapfungen versehen, wobei in jeder Wicklungshälfte
auf eine Grobstufe eine Feinstufe vom Betrage einer halben Grobstufe und auf eine
Feinstufe wieder eine Grobstufe folgt. Der Wähler besteht hier aus einem Schiebekontakt
13, der auf einer geerdeten Schiene 14. gleitet und zwei Kontaktbahnen 15 und 16
bestreicht. In jeder seiner Betriebsstellungen verbindet er eine Anzapfung der Wicklungshälfte
ii mit einer Anzapfung der Wicklungshälfte 12 und legt diese beiden Anzapfungen
gleichzeitig an Erde. Die Spannungsabnahme erfolgt an den freien Enden der Hochspannungswicklung
11, 12. Die Kontaktbahnen 15, 16 sind so ausgebildet und mit den Anzapfungen so
verbunden, daß die n-te Anzapfung jeder Wicklungshälfte wahlweise mit der (n-i)-ten
und (ia- i)-ten Anzapfung der anderen Wicklungshälfte durch den Schiebekontakt 13
verbindbar ist. So kann beispielsweise die dritte Anzapfung 17 der Wicklungshälfte
ii entweder mit der zweiten Anzapfung 18 oder der dritten Anzapfung ig oder der
vierten Anzapfung 2o der Wicklungshälfte 12 durch den Schiebekontakt 13 verbunden
werden. Die Anordnung der Kontakte der beiden Kontaktbahnen ist dabei so getroffen,
daß bei jedem Schaltschritt des Wählers die Spannung um den Betrag einer Feinstufe
geändert wird. Die einzelnen Betriebsstellungen des Wählers sind durch gestrichelte
Linien angedeutet. Die nicht angezapften Teile ira und i2a an den freien Enden der
beiden Wicklungshälften ii und i2 weisen etwas voneinander abweichende Windungszahlen
auf, wenn man die Abweichungen von der genau symmetrischen Spannungsverteilung gegenüber
Erde verringern. will. Dies drückt sich in der die Spannungsverteilung darstellenden
Abb. 3 dadurch aus, daß die dem Erdpotential entsprechende Nullinie 21 des Diagramms
nicht genau in der Mitte zwischen den Punkten 22, 23 liegt, welche der kleinsten
einstellbaren Spannung (Schiebekontakte 13 in Abb. i ganz rechts an den beiden fünften
Anzapfungen liegend) entsprechen. Die Punkte 24, 25 entsprechen der größten einstellbaren
Spannung, die dann abgenommen wird, wenn der Schiebekontakt 13 sich in der in Abb.
i gezeichneten Stellung ganz links befindet.
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Während bei der eingangs erwähnten bekannten Anordnung mit abwechselnd
erfolgender Verstellung der beiden Reglerbürsten die Zahl der Regelstellungen bei
n Anzapfungen an j eder Wicklungshälfte 2 n- i beträgt, weist die aus Abb. i ersichtliche
Ausführungsform der Erfindung bei gleicher Anzahl von Anzapfungen insgesamt 3-7a2
Regelstellungen auf, d. h. bei fünf Anzapfungen an j eder Wicklungshälfte insgesamt
dreizehn Regelstellungen gegenüber nur neun Regelstellungen bei der bekannten Anordnung.
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Bei dem in Abb. 2 dargestellten Beispiel ist jede der Wicklungshälften
11, 12 mit acht Anzapfungen versehen derart, daß drei Feinstufen mit zwei Grobstufen
abwechseln; eine Grobstufe entspricht zwei Feinstufen. Die an den beiden Enden der
mittleren Feinstufe liegenden Anzapfungen der n-ten Feinstufengruppe jeder Wicklungshälfte
sowie die an dem einen Ende dieser Feinstufengruppe liegende Anzapfung sind durch
den Wähler wahlweise mit jeder der drei Anzapfungen der n-ten Grobstufengruppe der
anderen Wicklungshälfte verbindbar. So kann beispielsweise jede der Anzapfungen
26, 27, 28 der ersten Feinstufengruppe der Wicklungshälfte 12 durch den Schiebekontakt
13 des Wählers wahlweise mit jeder der drei Anzapfungen 29, 30, 31 der ersten
Grobstufengruppe der Wicklungshälfte ii verbunden werden. Wie die Kontaktbahnen
hier ausgebildet und ihre Kontakte mit den einzelnen Anzapfungen verbunden werden
müssen, damit bei jedem Schritt des Wählers die Spannung um eine Feinstufe geändert
wird, ist ohne weiteres aus der Abb.2 ersichtlich. Bei acht Anzapfungen an jeder
Wicklungshälfte erhält man insgesamt siebenundzwanzig Regelstellungen. Die Spannungsverteilung
gegenüber Erde (Nullinie 21) ist aus
der Abb. 4 ersichtlich. Auch
hier ist wieder angenommen, daß die nicht angezapften Wicklungsenden eine unterschiedliche
Windungszahl haben, um die Unsymmetrie in der Spannungsverteilung gegenüber Erde
zu verringern.
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Die Abb. 5 zeigt einen Teil des Schaltbildes für eine Röntgeneinrichtung,
die mit einem Hochspannungstransformator gemäß der Erfindung ausgerüstet ist, und
zwar ist hier beispielsweise die aus i ersichtliche Ausführungsform im Prinzip angewendet.
Mit 32 ist die Primärwicklung, mit 33 und 34 sind die beiden Teile der Hochspannungswicklung
des die Röntgenröhrenspannung liefernden Hochspannungstransformators bezeichnet.
Die Wicklungsteile 33, 34 sind je mit fünf Anzapfungen versehen. Die Röntgenröhre
selbst und die Zuleitungen sind der Einfachheit halber nicht dargestellt. Die Einstellung
der Röhrenspannung erfolgt mittels einer von Hand betätigten Kontaktbürste 35, die
auf zwei Kontaktreihen 36 und 37 verschiebbar ist, deren Kontakt ähnlich wie die
Kontakte der Kontaktreihen 15, 16 der Abb. i angeordnet sind. An die Kontakte sind
hier aber nicht die Anzapfungen der Hochspannungswicklung, sondern die Erregerstromkreise
der einzelnen Relais eines Relaiswählers angeschlossen, der zum Auswählen der durch
Stellung des kontinuierlich verstellbaren Einstellorgans 35 bestimmten Anzapfungen
der Hochspannungswicklung dient. Der Relaiswähler besteht aus den Relais 38 bis
42 und 43 bis 47. Die Kontaktbürste 35 und die Kontaktreihen 36, 37 sind so ausgebildet,
daß immer eines der Relais 38 bis 42 gleichzeitig mit einem der Relais 43 bis 47
erregt wird, sofern der Röntgenapparat entsprechend eingeschaltet wird. Jedes Relais
besitzt einen Arbeitskontakt, der die zugeordnete Anzapfung bei Erregung des betreffenden
Relais an Erdpotential anschließt. Außerdem besitzt jedes der Relais, mit Ausnahme
der Relais 42 und 47, einen Ruhekontakt; diese Ruhekontakte sorgen dafür, daß in
den Fällen, in denen zwei nebeneinanderliegende Kontakte einer Kontaktreihe gleichzeitig
von der Kontaktbürste 35 berührt werden, nur eines der beiden an diese Kontakte
angeschlossenen Relais, also in der gezeichneten Stellung der Bürste 35 nur das
Relais 39 bzw. das Relais 44 anspricht. Das Relais 39 öffnet nämlich in seinem Ruhekontakt
den Erregerstromkreis des an den benachbarten Kontakt angeschlossenen Relais 40
und das Relais 44 den Stromkreis des Relais 45. In der in der Abbildung dargestellten
Stellung der Kontaktbürste 35 ist also der Erregerstromkreis nicht nur für das Relais
35, sondern auch für das Relais 40 vorbereitet. Wenn also, wie im folgenden noch
näher erläutert wird, die Erregerstromkreise endgültig geschlossen werden, dann
sprechen in der dargestellten Stellung der Kontaktbürste 35 nur die Relais 39 und
44 an und legen mittels ihrer Arbeitskontakte die zugehörigen Anzapfungen an Erdpotential.
Zwecks Erniedrigung der Röhrenspannung muß die Kontaktbürste 35 nach oben, zwecks
Erhöhung der Röhrenspannung nach unten verschoben werden. Das Einschalten der Relais
des Relaiswählers, deren Erregerstromkreis entsprechend der Einstellung der Kontaktbürste
35 vorbereitet sind, erfolgt durch Schließen eines Kontaktes 48, der an dem Aufnahmeschütz
49 angebracht ist. Dieses steuert außerdem noch einen doppelpoligen Schalter 5o,
durch den die Primärwicklung 32 des Hochspannungstransformators an die Netzzuleitungen
51 angeschlossen wird. Die Anordnung ist so getroffen, daß der Kontakt 48 eine kurze
Zeit vor dem Schließer4 des Schalters 50 geschlossen wird, um den Relaiswähler
kurz vor Anlegen der Spannung an den Transformator entsprechend einzustellen. Das
Aufnahmeschütz 49 wird in üblicher Weise über den Kontakt eines Zeitrelais oder
Zeitschalters 52 eingeschaltet, wenn der Röntgenkreishauptschalter 53 aus der Aufnahmevorbereitungsstellung
A, in die Aufnahmestellung A1 umgelegt wird. In der Abbildung ist der Röntgenkreishauptschalter
53 in der Aufnahmevorbereitungsstellung A, stehend gezeichnet.
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In dieser Stellung ist ein Schütz 54 erregt, welches an seinem Kontakt
55 für die- Röntgenaufnahme notwendige Hilfsstromkreise schließt und außerdem zwei
Ruhestromkontakte 56, 57 öffnet. Diese Kontakte werden erst geschlossen, wenn der
Röntgenkreishauptschalter 53 nach links auf den Durchleuchtungsbetrieb, also auf
die Durchleuchtungsvorbereitungsstellung D, und die eigentliche Durchleuchtungsstellung
Dl umgeschaltet wird. Dann fällt das Relais 54 ab, und an den Kontakten. 56 und
57, die dabei geschlossen werden, wird ein Erregerstromkreis für die beiden Relais
38 und 43 geschlossen, was zur Folge hat, daß die Mittenanzapfungen der Sekundärwicklung
33, 34 des Hochspannungstransformators an Erdpotential gelegt werden. Während des
ganzen Durchleuchtungsbetriebes bleiben diese Anzapfungen an Erdpotential liegen,
da der Relaiswähler und das Einstellorgan 35 zur Einstellung der Röntgenröhrenspannung
für die Durchleuchtung nicht benutzt werden. Die Einstellung der Röhrenspannung
für die Durchleuchtungen erfolgt in an sich bekannter Weise auf der Niederspannungsseite
des Transformators, beispielsweise mittels eines vorgeschalteten Stufentransformators.
Dieser ist in der Abbildung der Einfachheit halber nicht dargestellt und müßte zwischen
die mit 58 bezeichneten Klemmen und die Netzzuleitungen gelegt werden. Man kann
natürlich auch die Primärwicklung 32 des Hochspannungstransformators mit Anzapfungen
und einer entsprechenden Regelvorrichtung versehen, die dann zur Ein$tellung der
Durchleuchtungsspannung dient.
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Der Kontakt 48, über den die Erregerstromkreise der Relais 38 bis
47 beim Aufnahmebetrieb veCiaufen, braucht nicht unbedingt von dem Aufnahmeschütz
49 betätigt zu werden, sondern kann auch an dem Schütz 54 als Arbeitskontakt angebracht
werden, so daß er bereits dann geschlossen wird, wenn das Schütz 54 beim Umlegen
des Röntgenkreishauptschalters 53 in die Vorbereitungsstellung A, anspricht. In
diesem Falle werden also die betreffenden Relais des Relaiswählers gleich beim Einstellen
der Kontaktbüste 35 entsprechend erregt.
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Es besteht auch die Möglichkeit, die Arbeitskontakte der Relais 38
bis 47 zum hochspannungsseitigen Einschalten der Röntgenröhre zu benutzen. In diesem
Falle wird der Kontakt 48 von dem Aufnahmeschütz 49 in der Weise betätigt, daß zunächst
der
Schalter 50 geschlossen und damit die Primärwicklung des Hochspannungstransformators
an Spannung gelegt wird und danach erst der Schalter 4$ geschlossen wird. Die Abschaltung
der Röntgenröhre erfolgt zweckmäßig durch Trennen der Primärwicklung des Hochspannungstransformators
vom Netz, also niederspannungsseitig durch Öffnen der Kontakte 5o. Der Kontakt 48
wird dann also erst nach Öffnen des Schalters 5o geöffnet.
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Wie man die Anordnung treffen kann, wenn es sich um einen Drehstromtransformator
handelt, der beispielsweise zur Speisung einer Röntgenröhre über Gleichrichter dient,
zeigt die Abb. 6. Vom Sternpunkt aus gerechnet ist die eine (mittlere) Phasenwicklung
abwechselnd grob- und feinstufig; die beiden anderen Phasenwicklungen sind abwechselnd
fein- und grobstufig angezapft. Auf eine Grobstufe folgt regelmäßig einer Feinstufe
wieder eine Grobstufe. Die drei Kontaktbahnen des Wählers, die von einer gemeinsamen,
geerdeten, den Sternpunkt bildenden Bürste bestrichen werden, sind so ausgebildet
und mit den einzelnen Anzapfungen verbunden, daß die rt-te Anzapfung der ersten
Phasenwicklung, sofern sie vom Sternpunkt aus gerechnet am Anfang einer Grobstufe
liegt, wahlweise entweder mit den (-a - i)-ten oder mit den n-ten oder mit den (n
-1- i)-ten Anzapfungen der beiden anderen Phasenwicklungen oder mit der it-ten Anzapfung
der einen und der (n - i) -ten oder (n + i) -ten Anzapfung der zweiten der
beiden anderen Phasenwicklungen, sofern sie dagegen vom Sternpunkt aus gerechnet
am Anfang einer Feinstufe liegt, wahlweise entweder mit den n-ten oder mit den (n
- i)-ten Anzapfungen der beiden anderen Phasenwicklungen oder mit der it-ten Anzapfung
der einen und der (n - i)-ten Anzapfung der zweiten der beiden anderen Phasenwicklungen
durch den. Wähler verbindbar ist. Bei fünf Anzapfungen von jeder Phasenwicklung
erhält man, wie Abb.6 erkennen läßt, 17 Regelstellungen.