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Gleichspannungs-Hochspannungsgenerator, insbesondere zur Erzeugung
von Spannungsstößen extrem hoher Spannung Es ist bekannt, zur Erzeugung von Stoßspannungsimpulsen
extrem hoher Spannung die Vervielfältigungsschaltung nach Marx zu verwenden. Bei
dieser Schaltung werden sämtliche Kondensatoren zunächst parallel aufgeladen. Die
Entladung der Kondensatoren erfolgt dann über Funkenstrecken, durch die die Kondensatoren
im Augenblick der Entladung in Reihe geschaltet werden. Auch bei günstigster konstruktiver
Anordnung ergeben sich relativ lange Stromwege, so daß die Induktivität einer solchen
Anlage, insbesondere bei extrem hohen Spannungen, verhältnismäßig groß ist. Dadurch
ist die Steilheit der Anstiegsflanke der erzeugten Stoßspannungsimpulse begrenzt.
Außerdem wirken sich bei einer solchen Schaltung die Streu- und Erdkapazitäten ungünstig
auf den Verlauf der Stirnflanke aus.
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Weiterhin ist es bekannt, Spannungsstöße mit Hilfe von Kondensatoren
zu erzeugen, die in Greinacher-Schaltung aufgeladen werden. Hierbei sind zwei Reihen
von jeweils in einer Isoliersäule übereinander angeordneten, in Serie geschalteten
Kondensatoren vorgesehen, die über in den Querverbindungen angeordnete Gleichrichter
aufgeladen werden. Zur Entladung wird der Prüfling bzw. der Prüfkreis über eine
Funkenstrecke an die in Serie geschalteten Kondensatoren der einen Reihe angeschlossen.
Mit in Greinacher-Schaltung ausgeführten Generatoren bekannter Bauart lassen sich
Impulse erzeugen, deren Steilheit der Anstiegsflanke begrenzt ist. Verwendet man
einen solchen Kaskadengenerator zur Erzeugung hochgespannten Gleichstromes, so ist
die Welligkeit des abgegebenen Gleichstromes störend. Es ist daher bekannt, Glättungseinrichtungen
zu verwenden. Ferner ist bereits ein Gleichspannungs-Hochspannungsgenerator in Greinacher-Schaltung
vorgeschlagen worden, bei dem eine aus kapazitiven Widerständen bestehende Glättungseinrichtung,
die entsprechend der Zahl der Vervielfacherstufen unterteilt ist, zu den die Gleichspannungsimpulse
abgebenden Kondensatoren parallel geschaltet ist.
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Weiterhin ist ein Hochspannungsgerät zur Prüfung von Kondensatoren,
Verdrahtungen und Isolierungen bekannt, bei dem Prüfimpulse mit Hilfe eines Kondensators
erzeugt werden, der mittels in Greinacher-Schaltung geschalteter Kondensatoren und
Gleichrichter aufgeladen wird.
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Die Erfindung befaßt sich mit der weiteren Verbesserung eines Gleichspannungs-Hochspannungsgenerators,
insbesondere zur Erzeugung von Spannungsstößen extrem hoher Spannung. Die Erfindung
geht von einem Gleichspannungs-Hochspannungsgenerator aus, der aus zwei Reihen von
jeweils in einer Isoliersäule übereinander angeordneten, in Serie geschalteten Kondensatoren
besteht, die über Gleichrichter in Greinacher-Schaltung aufgeladen werden und an
die der Prüfling bzw. Prüfkreis über eine Funkenstrecke angeschlossen wird. Gemäß
der Erfindung sind die Kapazitätswerte der fest in Reihe geschalteten Einzelkondensatoren
der einen Isoliersäule, die unmittelbar über die Funkenstrecke mit dem Prüfling
bzw. mit dem Prüfkreis verbunden sind, um ein Mehrfaches größer als die Kapazitätswerte
der in Reihe geschalteten Einzelkondensatoren der anderen Säule des allein aus diesen
beiden Isoliersäulen bestehenden Generators. Die Erfindung sieht also vor, einen
aus lediglich zwei Isoliersäulen bestehenden Kaskadengenerator unsymmetrisch auszuführen,
wobei die Säule von übereinander angeordneten Kondensatoren, an die der Prüfling
bzw. Prüfkreis über eine Funkenstrecke angeschlossen ist, eine wesentlich höhere
Ladeenergie als die andere Säule hat, so daß sie besonders zur Abgabe von leistungsstarken
Stoßspannungsimpulsen geeignet ist. Die Anordnung gemäß der Erfindung läßt sich
jedoch auch zur Erzeugung von hochgespanntem Gleichstrom verwenden. Hierbei wirken
die Kondensatoren mit den größeren Kapazitätswerten als Glättungskondensatoren,
so daß die Welligkeit des abgegebenen Gleichstromes verschwindend gering ist.
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Zur Erläuterung ist in der Zeichnung das Schaltungsbild eines gemäß
der Erfindung ausgeführten Gleichspannungs - Hochspannungsgenerators schematisch
wiedergegeben.
Der aus den Widerständen R.E, RD, dem Kondensator
CB -und dem nicht dargestellten Prüfling bestehende Prüfkreis ist über die Funkenstrecke
Fu an die fest in Reihe geschalteten, übereinander angeordneten Kondensatoren
C, angeschlossen, die in der Isoliersäule 1 des Kaskadengenerators
2 untergebracht sind. Zur Aufladung der Kondensatoren C, dienen die Kondensatoren
C, und C, die in der Isoliersäule des Kaskadengenerators 2 untergebracht
sind. Die KondensatorenC,undC,sindüberSelengleichrichterG1 mit den Kondensatoren
C, in Greinacher-Schaltung verbunden. Die zur Aufladung der Kondensatoren
erforderliche Spannung wird über denTransformator Tr von einer nicht dargestellten
Wechselspannungsquelle zugeführt. In bekannter Weise ist die Kapazität des unmittelbar
mit der Sekundärwicklung des Transformators Tr verbundenen Kondensators
C,1 doppelt so groß wie die Kapazität der Kondensatoren C,
Wesentlich
für die Erfindung ist, daß die Kapazitätswerte der Einzelkondensatoren Cl, die sich
in Serie geschaltet in der Isoliersäule 1 befinden, um ein Mehrfaches größer
sind als die Kapazitätswerte der die Isoliersäule 3 bildenden Kondensatoren
C2 und C,
Beispielsweise werden die Kapazitätswerte der Einzelkondensatoren
C, etwa viermal so groß gewählt wie die Kapazitätswerte der Kondensatoren
CP,. Es ergibt sich damit für die Kapazitätswerte der Einzelkondensatoren des Kaskadengenerators
2 folgende Beziehung: C, = 4 - C, = 2 - C,. Damit bei
der Stoßentladung Schäden durch Überspannungen vermieden werden, sind zum untersten
und obersten Gleichrichter des Kaskadengenerators 2 die Schutzfunkenstrecken
SF parallel geschaltet, die beim Überschreiten der Scheitelsperrspannung
der Gleichrichter GL unverzögert ansprechen.
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Die Gleichrichter Gl des Kaskadengenerators 2 sind in bekannter Weise
als Selengleichrichter ausgebildet. Diese Selenzellen haben den Vorteil, daß sie
die beim Entladungsvorgang kurzzeitig auftretenden Überströme, die beispielsweise
das Hundertfache des normalen Betriebsstromes betragen können, ohne Schädigungen
aufnehmen können.
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Mit dem im Ausführungsbeispiel in der Zeichnung dargestellten sechsstufigen
Hochspannungsgenerator ist es ohne weiteres möglich, Spannungen in der Größenordnung
von etwa 2 MV zu erzeugen, ohne daß eine Überlastung der verwendeten Einzelelemente
zu befürchten ist. Der wesentliche Vorteil der dargestellten Anordnung liegt aber
darin, daß für die Stoßspannungsimpulse Stirnzeiten, die unter 1 #ts liegen,
erreicht werden können, ohne daß der Stirnflanke des Impulses hochfrequente Schwingungen
überlagert sind. Dies ist darauf zurückzuführen, daß bei der Anordnung gemäß der
Erfindung die Streu-und Erdkapazitäten im Augenblick der Entladung bereits voll
aufgeladen sind und aus diesem Grunde während der Stirnzeiten keine Umladungen stattfinden
können. Es werden also die störenden Einflüsse der Streu- und Erdkapazitäten auf
den Verlauf der Wellenstim der erzeugten Impulse vermieden, so daß die Stirnflanke
dieser Impulse sehr steil ansteigend ausgebildet ist und praktisch keine Welligkeit
aufweist.
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Wie bereits erwähnt, läßt sich die Anordnung gemäß der Erfindung auch
zur Erzeugung von hochgespanntem Gleichstrom verwenden. Hierbei wirken sich die
fest in Reihe geschalteten Kondensatoren, die die Energie für die Stoßspannungsimpulse
liefern, also die einen größeren Kapazitätswert aufweisenden Kondensatoren
C, der Säule 1, in vorteilhafter Weise als Glättungskondensatoren
aus, so daß die Welligkeit des abgegebenen Gleichstromes sehr gering ist.
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Da bei Kaskadengeneratoren bekanntlich die untersten Eüizelkondensatoren
den Hauptteil der Welligkeit verursachen, läßt sich die Welligkeit des abgegebenen
Gleichstromes darüber hinaus noch dadurch vermindern, daß man in bekannter Weise
die Kapazität der Einzelkondensatoren von oben nach unten zunehmen läßt. Wesentlich
ist hierbei, daß die Kapazitätswerte der etwa auf gleichem Potential befindlichen
Einzelkondensatoren der beiden Säulen stets im vorgesehenen Verhältnis stehen, also
beispielsweise das Verhältnis 1:4 zueinander haben, wie es im Ausführungsbeispiel
der Zeichnung vorgesehen ist.