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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur magnetischen
Anregung von neuro-muskularem Gewebe. Die Anregung wird durch die
Erzeugung eines sich schnell verändernden
magnetischen Feldes, das typischerweise in der Größenordnung
von 20kT/s liegt, in der Umgebung des Gewebes gewährleistet.
Dadurch wird ein elektrischer Strom in dem Gewebe induziert, der
die Anregung bzw. Stimulation des Gewebes bewirkt.
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Verschiedene
Arten von magnetischen Anregungsvorrichtungen sind bekannt, zum
Beispiel aus der
US 4 940 453 .
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Bekannte
magnetische Anregungsvorrichtungen umfassen im allgemeinen eine
Aufladungsschaltung, einen Kondensator, eine Entladungssteuerung,
wie einen geregelten Gleichrichter, um eine Entladung des Kondensators über die Anregungsspule
zu ermöglichen,
sowie einige Schaltungselemente zur Begrenzung des Effekts von unerwünschten
elektrischen Transienten. Die Spule selbst kann an die menschliche
Schädeldecke
angepaßt
sein, aber sie kann auch eine von der Vielzahl derzeit in der Technik
bekannter Formen haben.
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In
der
DE 33 27 920 A1 wird
eine Vorrichtung zur magnetischen Anregung von neuro-muskularem Gewebe
vorgeschlagen, bei der ein Speicherkondensator in eine Anregungsspule
entladen wird, wobei der Speicherkondensator zuvor durch eine Versorgung
aufgeladen wurde.
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Diese
Anordnung wurde mit der
US 4
911 686 dahingehend verbessert, daß ein Teil der Energie, die
in die Anregungsspule hin entladen wurde, durch einen zweiten Kondensator,
mit einer Diode davor geschützt,
in die Anregungsspule hinein entladen werden zu können, rückgewonnen
wird, ohne daß damit
eine dynamische oder gesteuerte Ladung und Entladung des Speicherkondensators
vorgesehen wäre.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine Anregungsvorrichtung vorzuschlagen,
die jede Modulation des magnetischen Impulsausgangs, eine fortwährend änderbare
Hochspannungsversorgung, einen großen Speicherkondensator und
einen großen plötzlichen
Leistungsausgang der Hochspannungsversorgung zur Verfügung stellt.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Ein
Aspekt der Erfindung ist der Gebrauch von wenigstens einem zusätzlichen
Kondensator, der mit Ladung versorgt oder zu dem Ladung übertragen wird
und von dem Ladung an einen Entladungskondensator übertragen
wird, der wiederum in die Anregungsspule entladen wird. Bei einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird Ladung unter Steuerung von Schaltern von einem
Speicherkondensator zu einem zwischengeschalteten Übertragungskondensator
gepumpt, welcher gebraucht wird, die Ladung auf einem Kondensator
nachzufüllen,
der so geschaltet ist, daß er
sich in die Anregungsspule entlädt.
Die Übertragung
der Ladung zwischen den hintereinandergeschalteten Kondensatoren
kann so gesteuert werden, daß sie
durch dynamische Energiespeicherung erfolgt, die durch einen Induktor
oder durch Induktoren bewirkt wird.
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Die
Verwendung von wenigstens einem zusätzlichen Kondensator ermöglicht eine
erhebliche Vergrößerung bei
der Entladungsimpulsrate und ebenso eine erhebliche Änderung
deren Amplitude.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.
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1 veranschaulicht
eine Ausführung
einer magnetischen Anregungsvorrichtung entsprechend der Erfindung;
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2 veranschaulicht
eine zweite Ausführungsform
einer magnetischen Anregungsvorrichtung entsprechend der Erfindung;
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3A bis 3D zeigen
Schwingungsformen in Bezug auf einen Übertragungskondensator;
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4A bis 4C zeigen
Schwingungsformen in Bezug auf einen End- oder Entladungskondensator
entsprechend der Ausführungsform
nach 1;
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5A bis 5C zeigen
Schwingungsformen in Bezug auf einen Entladungskondensator entsprechend
der Ausführungsform
nach 2;
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6 veranschaulicht
eine andere Ausführungsform
der Erfindung;
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7 veranschaulicht
eine Modifikation der Ausführungsform
nach 6;
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8 veranschaulicht
eine andere Ausführungsform
der Erfindung, im allgemeinen ähnlich
der Ausführung
nach 2;
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9 veranschaulicht
eine Ausführungsform,
die eine Rückgewinnung
von Energie zurück
in den Entladungskondensator ermöglicht;
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10 veranschaulicht
eine Ausführungsform,
bei der eine Anregungsspule benutzt wird, einen Teil eines Transformators
auszubilden; und
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11 veranschaulicht
eine Ausführungsform,
die Induktoren zur Steuerung der Entladung von Energie in die Anregungsspule
verwendet.
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Die
Anregungsvorrichtung nach 1 basiert
auf einem Ladungsspeicherungskondensator, der eine elektrische Ladung
speichert, die vorzugsweise durch einen zwischengeschalteten oder "Übertragungs-" Kondensator zu einem
anderen Kondensator übertragen
wird, der in eine Anregungsspule hinein entladen wird. Die Spule
beantwortet die Entladung von Strom mit einem sich zeitlich hochgradig verändernden
magnetischen Feld, das einen elektrischen Strom in neuro-muskularem
Gewebe induziert. Die Auslegung der Anregungsspule ist im allgemeinen
nicht entscheidend für
die vorliegende Erfindung und muß nicht ständig mit dem Rest der Schaltung
verbunden sein.
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In
der gezeigten Ausführungsform
wird eine Hochspannungsversorgung 1 zur Aufladung eines ersten
Kondensators 2, im folgenden "Speicherkondensator" genannt, vorgesehen, die irgendeiner
geeigneten Bauart und änderbar
sein kann. Die Entladung des Speicherkondensators 2 wird
durch den steuerbaren Serienschalter 3 gesteuert, der wie
alle anderen steuerbaren Schalter in der Ausführung auch, ein Thyristor,
aber auch irgendeiner aus einer großen Vielfalt von geeigneten
Schaltern sein kann. Der Thyristor 3 ist mit einem Serieninduktor 4 verbunden,
der mit der oberen Platte eines Übertragungskondensators 5 verbunden
ist, dessen untere Platte wiederum mit der unteren Platte des Speicherkondensators 2 verbunden
ist. Eine Sperrdiode 6 ist über den Übertragungskondensator 5 verbunden,
wobei die Diode den Strom in Richtung des normalen Stromflusses
durch den Schalter 3 und den Induktor 4 sperrt.
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Die
obere Platte des Übertragungskondensators 5 ist
durch den Induktor 7 mit den Anoden von zwei Thyristorschaltern 8a und 8d verbunden,
deren Kathoden mit den gegenüberliegenden
Platten eines dritten Kondensators oder Entladungskondensators 9 verbunden
sind. Die Thyristorschalter werden im Folgenden auch als Schalter
oder Thyristoren bezeichnet. Der Induktor 7, so wie der
Induktor 4, dient als Strombegrenzer, der zur transienten
Energiespeicherung in der Lage ist. Die untere Platte des Übertragungskondensators 5 ist
mit den Kathoden von Thyristoren 8b und 8c verbunden,
deren Anoden mit der oberen und unteren Platte des Entladungskondensators 9 verbunden
sind. Die obere Platte des Entladungskondensators 9 ist
mit der Anode eines Thyristors 10a und der Kathode eines
Thyristors 10d verbunden, die Kathode des Thyristors 10a und
die Anode des Thyristors 10d sind mit dem oberen bzw. dem
unteren Anschluß der
Anregungsspule 11 verbunden. Ähnlich ist die untere Platte
des Entladungskondensators 9 mit der Anode des Thyristors 10b und
der Kathode des Thyristors 10c verbunden, während die
Kathode des Thyristors 10b und die Anode des Thyristors 10b mit
dem oberen und unteren Anschluß der
Anregungsspule 11 verbunden sind. Dadurch stellen die Thyristoren 10a–10d ein
Brücke 10 dar,
die den unidirektionalen Stromfluß durch die Spule 11 unabhängig von
der Polarität
der Spannung am Übertragungskondensator 5 bestimmt.
Bei dieser Ausführungsform
wird dem unteren Anschluß der
Anregungsspule 11 ein Masseanschluß 12 zur Verfügung gestellt.
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Man
kann sehen, daß der
Thyristorschalter 3 und der Speicherkondensator 2 Mittel
zur Ladung des Übertragungskondensators 5,
die Schalter Mittel zur Steuerung der Übertragung der Ladung vom Übertragungskondensator 5 auf
den Entladungskondensator 9 und die Brücke 10 ein Mittel
zur Steuerung der Entladung des Entladungskondensators 9 durch
die Anregungsspule 11 darstellt. Eine Steuerungsschaltung
für die
Thyristoren ist nicht gezeigt, da deren Betrieb aus der folgenden
Beschreibung klar sein wird.
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Die
in 1 gezeigte Anordnung wird vorzugsweise wie folgt
betrieben.
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3A veranschaulicht
die Spannung am Übertragungskondensator 5,
wobei die Spannungsschwingungsform gemäß 3A in
einer expandierten Zeitskala in 3B gezeigt
ist und in einer noch größeren Skala
in 3C. 3D veranschaulicht den Stromfluß durch
den Übertragungskondensator 5 und,
mit der gestrichelten Linie, den Stromfluß durch die Diode 6.
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4A veranschaulicht
die Spannung am Entladungskondensator 9, wobei die Spannung
am Entladungskondensator 9 in einer größeren Zeitskala in 4B und
der Stromfluß durch
den Entladungskondensator 9 in 4C gezeigt
ist.
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Anfangs
wäre der
Speicherkondensator 2 auf eine Hochspannung von ungefähr 3 kV
und der Entladungskondensator 9 auf eine Spannung von 1,8 kV
aufgeladen, wobei die obere Platte positiv geladen ist.
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Eine
erste Impulsanregung in einer Reihe von Impulsen für die Anregungsspule
wird dadurch bewirkt, daß die
Schalter 10a und 10c durch die Anlegung eines
Triggersignals an die Gatter dieser Thyristoren leitend gemacht
werden, so daß der
Entladungskondensator 9 sich über den Weg entlädt, der den
Thyristor 10a, die Anregungsspule 11 und den Thyristor 10c umfaßt. Der
Endladestrom erreicht seinen Spitzenwert (41 in 4C)
nach einem Viertel der Resonanzdauer der Schleife, typischerweise
z.B. 40 Mikrosekunden, und beginnt dann abzusinken. Nach beispielsweise
80 Mikrosekunden, der Hälfte der
Resonanzdauer, ist der Entladungsstrom auf Null abgesunken. Der
größte Teil
der Energie in der Schleife ist dann in den Entladungskondensator 9 zurückgekehrt.
An diesem Punkt hören
die Thyristoren 10a und 10c auf, leitend zu sein.
Die Spannung 42 (4B) am
Entladungskondensator 9 beträgt ungefähr 80% seines ursprünglichen
Wertes, jedoch ist seine Polarität
umgekehrt, wobei die untere Platte positiv ist.
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Die
Anregungsimpulse sollen bis zu einem Minimum von 10 Millisekunden
auseinanderliegen. Während
der restlichen Zeit wird der Entladungskondensator 9 nachgefüllt, so
daß er
wieder auf eine ausgewählte
Spannung aufgeladen ist, die gleich oder unterschiedlich von der
ursprünglichen
Spannung sein mag (1,8 kV). Im einzelnen wird der Thyristor 3 in
Serie mit dem Speicherkondensator 2 leitend gemacht, wodurch
Ladung vom Speicherkondensator 2 zum Übertragungskondensator 5 übertragen wird.
Der Serieninduktor 4 ist so ausgewählt, daß diese Übertragung nach einer Zeit
in der Größenordnung
von 75 Mikrosekunden beendet ist, wobei der Spitzenstrom in einem
typischen System ungefähr 130
A beträgt.
Nach der Hälfte
eines Resonanzzyklus ist der Strom von dem Speicherkondensator 2 auf Null
abgefallen und der Thyristor 3 wird ausgeschaltet.
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Die
Spannung am Übertragungskondensator 5 wird
nunmehr größer sein
als die Spannung am Speicherkondensator 2 wegen der Pumpwirkung
des Induktors 4.
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Weiter
werden entweder die Thyristoren 8a und 8c oder
die Thyristoren 8b und 8d leitend gemacht, abhängig von
der Polarität
des Entladungskondensators 9. Wie oben erwähnt wurde,
ist nach dem ersten Impuls die untere Platte positiv, so daß die Thyristoren 8a und 8c leitend
gemacht werden. Dadurch wird Ladung vom Übertragungskondensator 5 zum
Entladungskondensator 9 übertragen, da der Übertragungskondensator 5 mit
einer höheren
Spannung geladen ist als der Entladungskondensator 9. Zu
dem Zeitpunkt, an dem die Spannung am Übertragungskondensator 5 auf
Null abgefallen ist, ist im wesentlichen sämtliche in ihm gespeicherte
Energie vorübergehend
im Induktor 7 gespeichert. Der Strom fließt weiterhin
durch den Induktor 7, den Entladungskondensator 9 und
die Begrenzungsdiode 6 bis sämtliche Energie des Übertragungskondensators
auf den Entladungskondensator 9 übertragen ist. Zu diesem Zeitpunkt,
ist der Strom in der Schaltung, die den Übertragungskondensator 5,
den Induktor 7, den Entladungskondensator 9 und
die betroffenen Thyristoren 8a und 8c umfaßt, auf
Null abgefallen, so daß die
Thyristoren 8a und 8c abschalten. Der Wiederaufladungszyklus
wiederholt sich dann durch Ansteuerung des Thyristors 3 in
Serie mit dem Speicherkondensator 2. Im nächsten Zyklus
werden die Thyristoren 8b und 8d leitend gemacht,
um Ladung zwischen dem Übertragungskondensator 5 und
dem Entladungskondensator 9 zu übertragen.
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In
der Praxis kann der Vorgang des Wiederauffüllzyklus mehrmals wiederholt
werden.
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Nachdem
der Entladungskondensator 9 neu geladen ist, kann die nächste Anregung
in der Reihe von Anregungen durch die Ansteuerung der Schalter 10b und 10d geliefert
werden, so daß die
Richtung des Stromflusses im Weg der zweiten Anregung die gleiche
ist wie für
die erste Anregung, für
die die Thyristoren 10a und 10c leitend gemacht
wurden.
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Bei
der zweiten Ausführungsform
nach 2 entsprechen einige Teile, dargestellt durch gleiche
Bezugszeichen, denen der Ausführungsform, die
mit Bezug auf 1 dargestellt wurde. Der Speicherkondensator 2 wird
von der Hochspannungsversorgung 1 aufgeladen und kann mit
Hilfe des Steuerungsschalters 3 über den Induktor 4 in
den Übertragungskondensator 5 entladen
werden, von dem die Ladung über
den Induktor 7 auf den Entladungskondensator 9 übertragen
werden kann, wenn der Thyristor 8e leitend gemacht wird.
Der Entladungskondensator 9 kann durch die Anregungsspule 11 über den
Thyristor 10e entladen werden. Antiparallel zum Thyristor 10e liegt
die Gleichrichtungsdiode 29.
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Die
bevorzugte Betriebsart der in 2 gezeigten
Ausführungsform
ist wie folgt. 5A zeigt die Schwingungsform
der Spannung am Entladungskondensator 9, 5B zeigt
die Schwingungsform in größerer Zeitskala
und 5C zeigt den Strom durch den Entladungskondensator 9.
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Anfangs
kann der Speicherkondensator 2 aufgeladen sein, z.B. mit
3kV, und der Entladungskondensator 9 kann auf 1,8 kV aufgeladen
sein, wobei die obere Platte positiv ist.
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Die
erste Anregung wird dadurch geliefert, daß der Thyristor 10e leitend
gemacht wird, sodaß der
Entladungsstrom Is beginnt, in die Anregungsspule 11 zu
fließen.
Der Strom erreicht seinen Spitzenwert nach ungefähr einem Viertel der Resonanzdauer
und beginnt dann abzufallen. Nach der Hälfte der Resonanzdauer, in
diesem Beispiel nach 80 Mikrosekunden, hat der Strom auf Null abgenommen (Punkt 52, 5C)
und die meiste Energie ist in den Entladungskondensator 9 zurückgekehrt.
An dieser Stelle wird die Diode vorwärts vorgespannt, so daß sie dem
zweiten Teil des Resonanzzyklus folgen kann. Der Strom fließt in umgekehrter
Richtung und am Ende des Zyklus ist der Strom wiederum auf Null abgefallen
(Punkt 53), und die Diode wird entgegengesetzt vorgespannt.
Es kann kein weiterer Strom fließen; da der Thyristorschalter 10e ausgeschaltet ist.
Die Spannung 54 (5B) am
Kondensator 9 beträgt
typischerweise ungefähr
65% ihres ursprünglichen
Wertes und hat ihre ursprüngliche
Polarität.
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Die
Anregungen mögen
ein Minimum von z.B. 10 Millisekunden auseinander liegen und während der
Periode zwischen den Impulsen wird der Entladungskondensator 9 dadurch
wieder aufgefüllt, daß der Thyristorschalter 3 leitend
gemacht wird, so daß die
Ladung vom Speicherkondensator 2 zum Übertragungskondensator 5 übertragen
wird. Der Serieninduktor ist so ausgewählt, daß die Ladungsübertragung
ungefähr
75 Mikrosekunden dauert, wobei der Spitzenstrom typischerweise ungefähr 130 A beträgt. Nach
der Hälfte
des Resonanzzyklus ist der Ladungsstrom vom Speicherkondensator 2 auf
Null abgefallen und der Thyristor 3 schaltet sich aus.
Die Spannung an dem Übertragungskondensator 5 ist nunmehr
wegen der Pumpwirkung des Induktors höher als die Speicherspannung.
Als nächstes
wird der Thyristor 8 getriggert, so daß dieser Thyristorschalter leitend
gemacht wird. Dadurch wird Ladung vom Übertragungskondensator 5 zum
Entladungskondensator 9 übertragen, da der Übertragungskondensator 5 auf
eine höhere
Spannung aufgeladen ist als jener Kondensator. Zu dem Zeitpunkt,
zu dem die Spannung am Übertragungskondensator 5 auf
Null abgefallen ist, ist nahezu die gesamte Energie in der Schleife,
die die beiden Kondensatoren 5 und 9, den Induktor 7 und
den Thyristor 8e umfaßt,
transient im Induktor 7 gespeichert. Der Strom fährt fort,
durch die Diode 6 zu fließen, bis die gesamte Energie
in den Entladungskondensator 9 übertragen ist. Zu diesem Zeitpunkt
ist der Strom wieder auf Null abgefallen und der Thyristor 8e wird abgeschaltet.
Der Wiederaufladezyklus wird durch Antriggerung des Thyristorschalters 3 wiederholt,
bis genügend
Ladung übertragen wurde,
um den Entladungskondensator 9 wiederaufzufüllen. Obwohl
in der 5B nur eine geringe Anzahl von
Zyklen 55 gezeigt sind, können wiederum in der Praxis
eine größere Anzahl
von Wiederaufladezyklen vorliegen, z.B. zwanzig.
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Wenn
der Entladungskondensator 9 wieder aufgeladen ist, kann
die nächste
Reihe von Anregungen durch Antriggerung des Thyristors 10e geliefert werden.
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Die
Ausführungsform
nach 2 ist einfacher, aber weniger effizient im Vergleich
zu der in 1 gezeigten, und benötigt zwei
Spannungsumkehrungen anstelle von einer für jede Entladung des Entladungskondensators 9.
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Die
in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen
sind in der Praxis geeignet, Züge von
Impulsen mit einer variablen Länge
während
aufeinanderfolgenden Perioden P1, P2 usw. (3A) zur
Verfügung
zu stellen, die eine hohe Wiederholungsrate wie z. B. 100 Hz aufweisen
und amplitudenmoduliert, typischerweise ungefähr 20%, und/oder frequenzmoduliert
sein können,
ohne mehrfach parallele Entladungssysteme oder eine Hochspannungsversorgung
mit hoher momentaner Ausgangsleistung zu benötigen. Zum Beispiel erfordert das
Wiederaufladen eines Kondensators mit 70 μF auf 1,8 kV in 10 Mikrosekunden
ungefähr
11 kW, während
die bevorzugte Ausführungsform
einen 500VA Umformer in der Versorgungseinheit 1 benutzen
kann.
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6 veranschaulicht
ein Ausführungsbeispiel,
das ganz allgemein das in 1 gezeigte
wiedergibt, da es einen mit der Hochspannungsversorgung verbundenen
Speicherkondensator 2 und einen Entladungskondensator 9 aufweist,
der steuerbar ist, sich in die Anregungsspule 11 zu entladen,
wenn der Schalter 30 geschlossen ist. Jedoch steht an Stelle des Übertragungskondensator 5 ein Übertragungsinduktor 15,
der dazu dient, während
der Energieübertragung
zwischen dem Speicherkondensator 2 und dem Entladungskondensator 9 transient
Energie zu speichern.
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Der Übertragungsinduktor 15 bildet
bestimmte Schleifen zusammen mit dem Speicherkondensator 2 und
dem Entladungskondensator 9, wobei diese Schleifen entsprechende
Schalter 3 und 31 auf weisen. Ein Gleichrichter 13 ist
angekoppelt, um Energie als Antwort auf eine Unterbrechung des Stromflusses
zwischen dem Entladungskondensator 9 und der Anregungsspule 11 unidirektional
von der Anregungsspule zurück
zum Speicherkondensator 2 zu transportieren.
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In
der in 6 gezeigten Schaltung versorgt die Hochspannungsversorgung
den Speicherkondensator 2 kontinuierlich mit einem Ladungsstrom und
hält dabei
ihre Spannung nahe einem vorgewählten
Maximum. Der Entladungkondensator 9 wird auf den erforderlichen
Wert wie folgt aufgeladen. Der Schalter 3 ist geschlossen,
so daß der
Strom Ia in den Übertragungsinduktor 15 fließen kann.
Wenn dieser Strom einen vorbestimmten Wert erreicht, öffnet sich
der Schalter 3 und schließt sich der Schalter 31 gleichzeitig,
und der Strom Ib im Übertragungsinduktor 15 lädt den Entladungskondensator 9 auf.
Der Schalter 31 kann geöffnet
werden, wenn der Strom in der entsprechenden Schleife auf Null abgefallen
ist. Ein Anregungsimpuls kann durch das Schließen des Schalters 10 geliefert
werden. Wenn der Strom Is in der Spule nahe seinem Spitzenwert ist,
kann der Schalter 10 geöffnet
werden, so daß der
Strom Ir über
die Rückkopplungsdiode 13 zum
Aufladen des Speicherkondensators 2 fließen kann.
Die Anordnung ermöglicht
der Spannung des Speicherkondensators 2 kleiner zu sein
als die Spannung des Entladungskondensator 9 und ermöglicht die
Steuerung der auf den Entladungskondensator 9 übertragenen Energie
in jedem Zyklus. Weiterhin erfährt
der Entladungskondensator 9 keine signifikante Spannungsumkehr.
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7 veranschaulicht
ein Ausführungsbeispiel,
das sowohl einen Übertragungskondensator 5 wie
auch einen Übertragungsinduktor 15 zwischen dem
Speicherkondensator 2 und dem Entladungskondensator 9 verwendet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
beinhaltet der Zweig, der den Übertragungsinduktor 15 aus 6 einschließt, den Übertragungskondensator 5 in
Serie mit dem Induktor 15. Gleichlaufend betriebene Serienschalter 3a, 3b sind zwischen
dem Speicherkondensator 2 und dem Übertragungszweig gelegen, während gleichlaufend betriebene
Schalter 33, 34 zwischen dem Übertragungszweig und dem Entladungskondensator 9 gelegen
sind. Entgegengesetzte Enden der Anregungsspule 11 sind über die
Gleichrichterdioden 13a und 13b mit den entsprechenden
Platten des Speicherkondensators 2 verbunden, so daß der Stromfluß in der
Anregungsspule 11 nach dem Schließen des Entladungsregelschalters 35 zum
Aufladen des Speicherkondensators 2 fließen kann,
wenn der Schalter 35 geöffnet
ist, wie oben mit Bezug auf 6 beschrieben.
Der Übertragungsinduktor 15 in 7 kann
viel kleiner sein als für
die Schaltung nach 6, da er im wesentlichen nur
als Strombegrenzer wirkt. Ansonsten wird die Schaltung ähnlich zu
der in 6 gezeigten betrieben. Die Schalter 3a, 3b und 33, 34 schalten
nur, wenn der Stromfluß Null
ist, und können
Thyristoren sein.
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8 veranschaulicht
ein Ausführungsbeispiel,
bei dem die Übertragung
von Ladung vom Speicherkondensator 2 zum Entladungskondensator 9 der ähnlich ist,
die bei dem in den 1 und 2 gezeigten
Ausführungsbeispiel
stattfindet. Ladung kann durch das Schließen und Öffnen des Schalters 2 in
den Übertragungskondensator 5 und
von Übertragungskondensator 5 in
den Entladungskondensator 9 gepumpt werden. Die Entladungsschleife
ist der mit Bezug auf 2 beschriebenen nachempfunden, wobei
der Thyristor 37 die Entladung des Entladungskondensators 9 in die
Anregungsspule 11 und die Diode 12 den Umkehrfluß von Ladung
zurück
in den Entladungskondensator 9 als Folge der Unterbrechung
von Stromfluß um
die Entladungsschleife erlaubt, wie zuvor beschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel,
wie die Ausführungen
nach 1 und 2, kann Thyristoren für alle gesteuerten
Schalter einsetzen, da alle Schaltvorgänge nur auftreten können, wenn
der entsprechende Strom Null ist.
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8 kann
durch Weglassen des Übertragungskondensators 5 und
des Schalters 38 innerhalb der Kettenlinie modifiziert
werden; der Induktor 15 muß dann in Serie zwischen dem
Schalter 3 und dem Entladungskondensator 9 stehen.
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9 veranschaulicht
ein etwas anderes Ausführungsbeispiel,
das einen Speicherkondensator 2 und einen Übertragungskondensator 5 wie
zuvor beschrieben aufweisen kann, aber welches so aufgebaut ist,
daß, wie
gezeigt, der Entladungskondensator 9 mit der Hochspannungsversorgung über gleichlaufend
betriebene Schalter 16, 16a verbunden ist, die
eine Umkehrung der an den Entladungskondensator angelegten Versorgungsspannung
erlauben. Der Entladungskondensator 9 ist mit der Anregungsspule 11 über eine
zwei geregelte Gleichrichter 17, 17a und zwei
Diodengleichrichter 18, 18a enthaltende Gleichrichtungsbrücke verbunden.
Wenn einmal der Entladungskondensator 9 auf das erforderliche
Energieniveau aufgeladen ist, können
die geregelten Gleichrichter 17 leitend gemacht werden,
sodaß der
Strom I1 in die Spule 11 fließt. Der Strom erreicht sein
Maximum nach einer Zeit, die durch die Resonanzfrequenz der den
Entladungskondensator 9 und die Anregungsspule 11 aufweisenden
Entladungsschleife bestimmt ist. Der Strom fällt auf Null ab und zu diesem
Zeitpunkt kann der geregelt Gleichrichter 17 ausgeschaltet
werden. Die Spannung am Entladungskondensator 9 ist nun
umgekehrt und die nächste
Entladung erfordert das Feuern des gesteuerten Gleichrichters 17a,
so daß ein
Strom I2 in die Spule in derselben Richtung wie beim vorherigen
Zyklus fließen
kann. Der Entladungskondensator 9 gewinnt einen wesentlichen
Anteil seiner zu Beginn des Zyklus gehaltenen Energie zurück und benötigt nur ein
Wiederauffüllen
aus der Versorgung über
die Zweipol-Zweiwegeschalter 16, 16a anstelle
eines vollständigen
Ladungszyklus, wobei das Betreiben der Schalter so ausgewählt wird,
daß die
Versorgung in der richtigen Polarität mit dem Entladungskondensator 9 verbunden
ist.
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10 veranschaulicht
eine Modifikation, die jede der in Bezug auf die 1 bis 8 beschriebene
Energieübertragungstechnik
zuläßt. Die entscheidenden
Komponenten einschließlich
der Hochspannungsversorgung und dem Speicherkondensator 2 sind
in der 10 aus Gründen der Vereinfachung weggelassen.
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In
der in 10 gezeigten Modifikation wird die
Ladung auf den Entladungskondensator 9 durch Schließen des
Schalters 40 übertragen.
Das Schließen
des Schalters 41 erlaubt das Entladen des Entladungskondensators 9 in
die Anregungsspule 11, die zwei als Umformer bzw. Transformator
wirkende Scheibenwicklungen 11a, 11b aufweist.
Wenn der Strom in der Wicklung 11a an oder nahe seinem
Maximum ist, kann der Schalter 41 geöffnet werden. Die Unterbrechung
des Stromflusses in der primären Wicklung 11a induziert
einen Stromfluß in
der sekundären
Wicklung 11b. Dieser Strom kann dazu benutzt werden, den
Entladungskondensator 9 oder den Speicherkondensator 2 (soweit
vorhanden) über
die Diode 13 wieder aufzuladen, so daß die Energie aus der Anregungsspule 11 zurückgewonnen
wird.
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Alle
vorstehenden Ausführungsbeispiele schließen Mittel
zur Rückgewinnung
von Energie aus der Anregungsspule 11 in einen Ladungsspeicherungskondensator
ein, wenn ein Entladungsregelungsschalter zwischen dem Entladungskondensator 9 und
der Anregungsspule offen oder nichtleitend gemacht ist, um so den
Stromfluß vom
Entladungskondensator 9 in die Anregungsspule 11 zu
unterbrechen.
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11 veranschaulicht
ein anderes Ausführungsbeispiel
der Erfindung, das eine Modifikation der in der in 8 oder 9 gezeigten
Schaltung darstellen soll. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann der Entladungskondensator 9 eine
Ladung aufweisen, die diesem entweder direkt von der Stromversorgung
zugeführt
wird oder indirekt mit Hilfe eines Speicherkondensators 2 der,
falls gewünscht,
mit Hilfe eines Übertragungskondensators 5,
wie zuvor mit Bezug auf die vorhergehenden Figuren beschrieben. Zwischen
dem Entladungskondensator 9 und der Anregungsspule 11 liegt
ein Netzwerk 20, das z.B. ein geregelter Gleichrichtungsschalter
und eine Nebenleitungsdiode, wie in 8 gezeigt,
oder ein Thyristor und eine Diodenbrücke, wie in 9 gezeigt,
sein kann.
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Zusätzlich liegt
die Anregungsspule 11 parallel zu einem Kettennetzwerk 21,
das eine Vielzahl von parallelen Zweigen umfaßt, die jeweils einen Induktor 22, 22a...22n und
entsprechende Schalter 23, 23a...23n aufweisen.
Vorzugsweise steigen die Induktivitäten der Zweige des Kettennetzwerkes
mit der Zweierpotenz an.
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Eingangs
würde der
Entladungskondensator 9 für den ersten Impuls in einer
Reihe auf ein Energieniveau aufgeladen, das viel höher als
erforderlich ist, und jeder der Induktoren 22, 22a usw.
kann in Parallelverbindung mit der Anregungsspule 11 geschaltet
werden. Während
der ersten Entladung wird die im Entladungskondensator 9 gespeicherte
Energie zwischen der Anregungsspule 11 und dem Induktornetzwerk
proportional zum Verhältnis
der entsprechenden Induktivitätswerte
aufgeteilt. Die Entladungszyklen werden, wie mit Bezug auf die 8 oder 9 beschrieben,
fortgesetzt und schließen mit
der Speicherung der zurückgewonnenen
Energie im Entladungskondensator 9 ab. Da die Schaltungsbauteile
nicht ideal sind, wird einige Energie verloren gehen, so daß sich weniger
Energie am Ende des Zyklus im Kondensator befindet als beim Beginn.
Vor Beginn eines zweiten Impulses einer Reihe werden einige der
Induktoren des Netzwerkes ausgeschaltet, so daß während der Entladung ein größerer Anteil der
Kondensatorenergie in die Anregungsspule 11 gerichtet wird.
Dieser Vorgang wird für
jeden Impuls der Reihe wiederholt, so daß der Wert der Induktivität parallel
zur Anregungsspule 11 progressiv abnimmt und die absolut
gleiche Energie während
jedes Impulses der Reihe der Anregungsspule zugeführt wird. Diese
Schaltung erfordert nicht, den Entladungskondensator 9 zwischen
den Impulsen "umzudrehen" und verringert so
die Belastung der Stromversorgung. Jedoch muß die Regelungsschaltung die
angemessenen Änderungen
der Parallelinduktivität
für die
Schalter 23, 23a...23n für verschiedene Anregungsspulen
im Bereich der Induktivitäten
und Energieverluste berechnen.