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Kaskadengenerator mit mindestens einer Querinduktivitaet
DE1563146A1
Germany
- Other languages
English - Inventor
Goebel Dipl-Phys Dr Walter - Current Assignee
- BBC BROWN BOVERI and CIE
- BBC Brown Boveri AG Germany
Worldwide applications
Application DE19661563146 events
1970-01-08
Status
Pending
Description
translated from
BROWN, BOVERI & CIE AG
MANNHEIM
MANNHEIM
Mannheim, den 25.10.1966 Pat.Ki/Mi
Mp.-Nr. .670/66
Kaskadengenerator mit mindestens einer Querinduktivität
Die Erfindung betrifft einen Kaskadengenerator mit mindestens
einer Querinduktivität.
Hochspannungsgeneratoren für Gleichspannung werden u.a. zur Erzeugung energiereicher Elektronen und Ionen verwendet. Gegenüber
den anderen bekannten Anordnungen für diesen Zweck zeichnet sich der Kaskadengenerator dadurch aus, daß er neben einer
hohen Spannung auch noch hohe Dauerströme bei gutem Wirkungsgrad liefern kann.
Bezeichnet bei einem Kaskadengenerator U den Scheitelwert der
eingespeisten Wechselspannung, N die Zahl der Stufen, so ergibt 'sich als Grenzspannung im Leerlauf des idealen und verlustfreien
Generators
irGL = 2 Nu0 (D
Die Spannung kann jedoch durch Hinzunahme weiterer Stufen nicht
beliebig erhöht werden. Infolge der stets vorhandenen Querkapazitäten,
welche sich aus den Kapazitäten der Gleichrichterventile, den Kapazitäten zwischen den Kondensatorsäulen und der Kapazität
des Generators zu seiner Umgebung, z.B. einem Drucktank, zusammensetzen, fließen erhebliche Blindströme, welche ebenso wie
die Lastströme an den Schubkondensatoren Spannungsabfälle hervorrufen. Diese -verringern die Querspannung in den einzelnen
Stufen und haben zur Folge, daß bereits die Leerlaufspannung
den Wert UGL in Formel (1) nicht erreicht (E. Everhardt, P.
Lorrain: "Rev. Sci.Instr.", Vol. 24, 1953, 3, S. 221-226). Erst
recht kann unter Belastung durch Vergrößern der Stufenzahl ein bestimmter Wert der Gesamtspannung nicht mehr überschrittten
werden.
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Um die Greinacher-Kaskade trotzdem auch für höhere Stufenzahlen un& damit für höhere Spannung bei gutem Wirkungsgrad und einem
erträglichen Aufwand an Bauelementen benutzen zu können, wurden bereits folgende Maßnahmen ergriffen:
a) Erhöhung der Speisewechselspannung. Dem sind durch die begrenzte
Spannungsfestigkeit aller beteiligten Bauelemente Grenzen gesetzt. Auch sind zu hohe Querspannungen innerhalb
der Kaskade unvorteilhaft.
b) Erhöhung der Betriebsfrequenz (Mittelfrequenz-bzw. Hochfrequenz-Kaskadengenerator).
Auf diese Weise wird zwar der lastabhängige Spannungsabfall reduziert, jedoch nicht derjenige, der
von Blindströmen verursacht wird.
ο·) Vergrößerung der Kapazität der Schubkondensatoren. Dem steht
das Bestreben entgegen, den Energieinhalt der Kondensatorsäulen so klein wie möglich zu halten, da bei einem Überschlag,
welcher in Hochspannungsanlagen nahezu unvermeidlich ist, schwere Beschädigungen, z.B. in einem Strahlrohr, angerichtet
werden können.
d) Verwendung mehrerer auf die Kaskadenstufen verteilter Hochspannungstransformatoren,
deren magnetischer Pluß entweder mittels mehrerer Trenntransformatoren, mittels geschichteter
Isolierkerne oder mittels auf dein entsprechenden potential^
betriebenen, durch Isolierwellen angetriebenen Generatoren erzeugt wird. Derartige Kaskadengeneratoren sind jedoch sehr
aufwendig und beanspruchen außerdem viel Raum (Pig. Ib).
β) Erdung des Transformatormittelpunktes und Hinzunahme einer
separaten Glättungssäule. Dies verringert die Welligkeit der Gleichspannung und läßt außerdem eine Verdopplung der Transformatorspannung
zu, ohne daß dieser eine höhere Spannung gegen den geerdeten Kern aufweist (symmetrische Einwegkaskade Pig. 1c).
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f) Zweiweggleichrichtung durch Verwendung der doppelten Anzahl
von Gleichrichterventilen. Es verringert sich der last abhängig© Spannungsabfall und die Welligkeit (symmetrische
Doppelwegkaskade Fig. 1d).
g) Einfügen von Hochspannungsdrosseln zwischen den von den
Schubkondensatoren gebildeten Schubsäulen. Diese Drosseln sind zur Kompensation der Querkapazitäten mit diesen auf
Parallelresonanz abgestimmt. Anordnung wie in Pig. Ie.
h) Ausbildung des Kaskadengenerators als Hochpaß-LC-Filter
(Pig. ie) oder als Kettenleiter (Fig. If), wobei der Generator
an seinem Hochspannungsende mit einem Anpassungswiderstand
(Journal Nuclear Energy, Vol. 4, 1962, S. 65-67)
oder einer entsprechend bemessenen Induktivität (E. Everhardt
P. Lorrain: Eev .Sci.Instr., Vol. 24, 1953, 3, S. 221-226) abgeschlossen ist.
Alle diese Verfahren haben mit dem Kaskadengenerator nach
Greinacher gemeinsam,.da3 die erreichbare Spannung höchstens
dent in Formel (T) beschriebenen Leerlaufwert Un^ entspricht.
Ein gemeinsamer Nachteil ist, daß die einzelnen Stufenspannungen uneinheitlich sind und in der Regel von Stufe zu Stufe
abnehmen, so daß der Potentialverlauf der Kaskade nicht linear ist. Da die Kichtlinearität belastungsabhängig ist, sind die
einzelnen Stufen spannungsmäßig für den ungünstigsten Fall auszulegen, was einen zusätzlichen Volunen-und Kostenaufwand
bedeutet.
Die Erfindung stellt sich zur Aufgabe, diese Nachteile zu
beseitigen und durch eine geeignete Auslegung des eingangs
geschilderten Kaskadengenerators eine Hochspannung zu erzeugen,
deren Betrag bei vorgegebener Stufenzahl weit über den nach
Gleichung (1) gegebenen Wert UßL liegt.
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BAD ORIGINAL
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Querinduktivität mit der Gesamtkapazität der vorgeschalteten
Kondensatoren einen Serienschwingkreis "bildet, dessen Resonanzfrequenz gleich der Frequenz der Speisewechselspannung ist.
Dadurch wird erreicht, daß der Potentialverlauf mit guter Näherung linear und unabhängig von der Belastung ist. Durch die
Verwendungsmöglichkeit kleinerer Kapazitäten ist die in den Kondensatorsäulen gespeicherte Energie weit geringer - weniger
als ein Zehntel - als bei anderen vergleichbaren Anordnungen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind anstelle der
einen Querinduktivität mehrere Teilinduktivitäten derart vorge sehen, daß diese mit den ihnen zugeordneten Kondensatoren ein
System gekoppelter Schwingkreise bilden.
Nach einer v/eiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die eigentliche
Kaskade mittels Kondensatoren vom Transformator entkoppelt. Dadurch wird die Linearität des Potentialverlaufes nochmals
verbessert.
Die Pig. 2 gibt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit vier
Stufen wieder.
lie Tig. 5 zeigt in einen; Ausführungsbeispiel mit acht otufen
den gesessenen Potentialverlauf als Verhältnis der
3pannun^· z*x der in Gleichung (i) definierten Große.
Lie eingezeichneten Kurven entsprechen Lastwiderstänien
Rp von 1000 ΙΊΓ; V.zw. IOC .·"■;,..
Ir. Pig. 4- wurde durch Variation cer Speisespannung H0 f"ir
beide Lastwiderstände der gliio?.e V/ert der Kocnsprin-
nung eingestellt und rr.it 1OC $>
bezeicr.net. Die Kurven gebor,
den jeweiligen gemessenen Pctentialverlauf an, die gestrichelte
Kurve zeigt den streng linearen Verlauf.
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BAD ORIGINAL
1563H6
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Der Kaskadengenerator nach Pig* 2 besteht aus zwei Schubsäulen,
deren Kondensatoren C bzw. 2C bezeichnet sind. Die Leistung
wird mittels des !Transformators, dessen Mittelpunkt sekundärseitig
geerdet ist, über zwei Kondensatoren CK zugeführt, deren
Kapazität erfindungsgemäß kleiner ist als die der Schubkondensatoren.
Die Gleichrichtung führen in bekannter Weise die zwischen den Schubsäulen angeordneten Gleichrichterventile D durch, deren ·
Kapazitäten CT mit den übrigen Querkapazitäten jeweils,gestrichelt
eingezeichnet ist. Die Gesamtspannung U wird an der mit C bezeichneten Glättungssäule abgegriffen und liegt am Lastwiderstand
R .
a ·
*ßer Transformator arbeitet in diesen Anordnungen gemäß der Erfindung
als Stromwandler, der den*Strom für den Serienschwingkreis
liefert.
Die in der Mitte der Kaskade angeordnete Querinduktivität L bildet
erfindungsgemäß mit der Kapazität der vorgeschalteten Schubkon, densatoren, der Sekundärwicklung des Transformators und den ohmschen
Ersatzwiderständen einen bei Resonanzfrequenz betriebenen Serienschwingkreis. Die Strombegrenzung dieses Kreises erfolgt
durch die obenerwähnten ohmschen Ersatzwiderstände, welche durch die Verlustfaktoren der Bauelemente, durch zusätzliche Dämpfungswiderstände, aber auch durch die Dämpfung, welcher der Resonanzkreis
durch den Laststrom unterliegt, gebildet werden. Die Querinduktivität hat somit die Wirkung eines Wechselspannungsgenerators,
der den Stufen die Querspannung zuführt.
Statt einer Querinduktivität können auch mehrere angeordnet sein, z.B. in der dritten und achten eines aus zehn Stufen bestehenden
KaBkadengenerators. Auf diese Weise sind also mehrere "Wechselspannungsgeneratoren"
vorgesehen. *
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Transformator
als Resonanztransformator betrieben, so daß der cos φ der Gesamtanlage gleich 1 ist. Zu diesem Zwecke ist auf der Primärseite
oder auf der Sekundärseite des Transformators im Falle einer induktiven Phase eine zusätzliche Kapazität oder im Falle
einer kapazitiven Phaee eine Induktivität angeordnet, die in
Fig. 2 mit A bezeichnet sind. 909882/094 0
Claims (4)
Hide Dependent
translated from
Claims (4)
Hide Dependent
translated from
- Patentansprüche:/1.jKaskadengenerator mit mindestens eine-r ^uerinduktivität, dadurch gekennzeichnet, daß die Querinduktivität mit der Gesamtkapazität der vorgeschalteten Kondensatoren einen Serienschwingkreis bildet, dessen Resonanzfrequneζ gleich der Frequenz der Speisewechselspannung ist.
- 2. Kaskadengenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der einen Querinduktivität mehrere Teilquerinduktivitäten vorgesehen sind.
- 3. Kaskadengenerator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die stctkSMMSilixiJtält mittels Kondensatoren vom Transformator entkoppelt ist.
- 4. Kaskadengenerator nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator als Resonanztransformator betrieben ist, der entweder primärseitig oder sekundärseitig mit einer Kapazität bei induktiver Phase oder mit einer Induktivität bei kapazitiver Phase kompensiert ist.9882/0960BAD ORIQfNAL