DE2064402A1 - Schaltfunkenstrecke fur Stoßspan nungsgeneratoren - Google Patents

Description

• Schaltfunkenstrecke für Stoßspannungsgeneratoren Die Erfindung betrifft eine Scbaltfunkenstrecke für elektrische Stoßspannungsgener&toren, die als Mehrfachfunkenstrecke ausgebildet ist und Widerstände zur Ladespannungsverteilung längs den Elektroden der Mehrfachfunkenstrecke oufweist.
• Elektrische Stoßspannungen mit großer Amplitude werden in Vervielfachungsschaltungon- z.B.
• Marx'schen Schaltungen - erzeugt, indem Kapazitäten in Parallelschaltung aufgeladen und dann mittels Schalftunkenstrecken in Serie geschaltet werden.
• Die Erzeugung von Stoßspannungen mit einstellbarer Amplitude setzt mithin voraus, daß die Schaltfunkenstrecken bei unterschiedlicher Spannung - Ladespannung - durchschlagen. Außerdem ist Voraussetzung, daß nach dem Durchschlag der ersten - meist getriggerten - Schaltfunkenstrecke die anderen Schaltfunkenstrecken ebenfalls zünden. Letzteres wird dadurch erreicht, daß man Auswirku gen des Durchschlages der Schaltfunkenstrecken in den vorangehenden Stufen (entstehende Überspannungen und Fotoimpulse) auf die folgende Schaltfunkenstrecke so wirksam wie möglich überträgt.
• Um die Erzeugung von Stoßspannungen verschiedener Amplituden in einem Generator zu ermöglichen, ist es bekannt, die Schaltfunkenstrecken in ihrem Elektrodenabstand veränderbar auszuführen. Mit der Wahl der Höhe der Stoßspannung wird also nicht nur die jeweilige Ladaspannung vorgegeben, sondern Us ist such eine Einstellung des Abstandes der Elektroden der Schaltfunkenstrecke notwendig., Um Letzteres ohne Besteigen das Generators zu ermöglichen, werden die Schaltfunkenstrecken mittels Getrieben bewegt. Derartige Ausführungen sind aufwendig und tauer.
• Zur Lösung des oben geschliderten Problems ist es ferber bekannt, die Schaltfunkenstrecken zu kapseln und das die Elektroden umgebende Gas unter erhöhtem Druck zu setz#en. Nach Ereichen der zur Realisierung gewünschten Amplitude notwendigen Ladespannung kann der Luftdruck abgalassen werden, so daß jetzt die Schaltfunkenstrecken infolge der geringeren Durchschlagsfestigkeit zünden können.
• Ub icher ist os jedoch, bei dieser Ausführung so Vorzuhon, den Luftdruck auf die gewünschte Ansprschspannung - Zündspannung - der Schaltfu kentrecke einzustellen, dami die Ladespanhung einzuschalten und zu steigern sowie anschließend die Zündung durch einen Triggerimpuls einzuleiten.
• Bei diesen Ausführungen sind zwar das Getriebe und die sonstigen Mittel zur Verwirklichung eines einstellbaren Elektrodenabstandes nicht mehr notwendig. Dafür treten aber anstelle dieser Mittel Druckgasleitungen, Druckgaserzeuger und Aufwendungen für die gasdichte Kapselung der Elektroden. Zwar hat eine derartige Anordnung einerseits auch noch andere geartete Vorteile aufzuweisen, die darin bestehen, daß jetzt die Umwelteinflüsse auf die Zündwilligkeit der Scha# funkenstrecken, wie klimatische Einflüsse und Verunreinigungen der Luft, gemindert werden Andererseits ist Jetzt die gewollte gegenseitige Beeinflussung der Schaltfunkenstrecken durch Fotoeffekte aber nicht mehr gegeben.
• Außerdem ist es bekannt, zur Verwirklichung @ von Schaltfunkenstrecken mit festem Abstand der Elektroden, die bei unterschiedlichen Ladespannungen ansprechen, diese Schaltfunkenstrecken als liiehrfachfunkenstrecken auszuführen. Die Elektroden dieser Mehrfachfunkenstrecken sind über hochohmige Widerstände miteinander verbunden, so daß die an der Mehrfachfunkenstrecke anliegende Ladespannung sich gleichmäßig über alle Teilfunkenstracken der Mehrfachfunkenstrecke verteilt.
• Mit Ausnahme der ersten und letzten Elektrode des Mehrfachfunkenstrecke werden den anderen Elektroden im gewünschten Zündzeitpunkt über liapazitäten ein Triggerimpuis zugefahrt, der zu einem plötzlichen Anstieg der Spannung zwischen der ersten und zweiten und der letzten und vorletzten Elektrode der Mehrfachfunkenstrecke führt Infolge dieses Spannungsanstieges brechen die beiden Luftstrecken durch. Damit nimmt aber wegen des geringen Widerstandes im Durchschlagkanal die zweite und vorletzte Elektrode praktisch das Potential der ersten und letzten Elektrode an und der Vorgang kann sich setzt zwischen den nächsten Elektroden wiederholen.
• Diese Gattung von Schaltfunkenstrecken - in Beschreibund und Ansprechen als Mehrfachfunken-Strecke bezeichnet - ist ferner dahingehend weitergebildet worden, daß der Impulsspannungserzeuger zur Triggerung der Mehrfachfunkenstrecke mit derselben zu einer baulichen Einheit vereinigt wurde, Der Impulsspannungserzeger enthält neben einer Kapazität, die zusammen mit der Ladung der Stoßkondensatoren von Erdpotential aus aufzuladen ist, einen Hochspannungstransformator und eine weitere getriggerte Dreielektrodenfunkenstrecke.
• Mit der Zuführung eines Triggerimpulses auf die Dreielektrodenfunkenstrecke und nach Zündung deiselban entlädt sich die Kapazität des Impulsspannungsorzeugers über dessen Transformatorwicklung und as wird damit sowohl in einer Sekundärwicklung als auch in einer weiteren in Serie zur Primärwicklung liegenden Wicklung ein Impuls erzeugt. während dar im letztgenannten Wickluns teil erzeugte Hochspannungsimpuls zur Triggerung der Dreielektrodenfunkenstrecke der Mehrfachfunkenstrecke der nächsten Stufe dient, liegt das eine Ende der Sekundärwicklung über Kapazitäten an den Elektroden der zugeordneten Mehrfachfunkenstrecke an, während des andere Ende der Sakundärwicklung an die erste Elektrode geführt ist.
• Mithin liegt der Triggerinpuls zunächst an der Luftstrecke zwischen der ersten und zweiten Elektrode und bringt dese zum Durchschlag. Daraufhin nimmt die zweite Elektrode - wie bereits eben beschrieben - praktisch das Potential der ersten Elektrode an und der Triggerimpuis liegt jatzt an der Luftstrecke zwischen zweiter und dritter Elektrode, so daB diese Strecke durchgeschlagen wird. Der Entladevorgang geht also bei dieser Modifikation der bekannten Mehrfachfunkenstrecken nicht von den beiden äußeren Elektroden aus, sondern beginnt an einer äußeren Elektrode und setzt sich durch die gesamte Mehrfachfunkenstrecke fort, wenngleich auch diese Ausführung dahingehand modifizierbar ist, daß der Zündvorgang von beiden Seitan der Mehrfachfunkenstrecke her erfolgt.
• Nachteilig bei den bisherigen Mehrfachfunkenstrecken ist vor allem der große Aufwand für die Erzeugung der Triggerspannungsimpulse einschließlich das Aufwenden für die Schaltmittel zur Aufladung der Kondensatoren der Triggerspannungs-Generatoren. Außerdem entstehen bei derartigen Mehrfachfunkenstrscken nicht unbeträchtliche tech nische Probleme bei der Beherrschung der notwendigen hohen Triggerspannungen, die im Interesse eines günstigen Zeitverhaltens der Mehrfachfunken strecke notwendig sind.
• Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, sowohl den Aufwand für die Verstellung des Abstandes der Elektroden von Funkenstrecken einzusparen und die durch Umwelteinflü@se bedingten Zündschwierigkeiten zu beseitigen, als auch den Aufwand fflr elektrische mittel ur Bewirkung des Durchschlages bei unterschiedlichen Ladespannungen und fest eingestellten Elektrodenabständen zu mindern.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mehrfachfunkenstrecke so weiterzubilden, daß die Tri@@erspannung bei Einhaltung eines günstigen Zeitverhaltens der gesamten Funkenstrecke niedrig geh lten werden kann.
• Ferner besteht die zusätzliche Aufgabe, die Mehrfachfunkenstrecke trotz fester Elektrodenabstände bei unterschiedlichen Ladespannungen zum Ansprechen zu bringen, ohne daß besonders Impulsspannungserzeuger für jede Mehrfachfunkenstrecke benötigt werden.
• Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst, indem die Elektroden der Mehrfachfunkenstrecke abwechselnd mittels Kapatitäten an Impulsspannungen unterschiedlicher Polarität und/ oder unterschied..
• lichen Betrages angelegt sind.
• Sollen die infolge der vorangegangenen Zündung anderer Stufen in der Anlage entstehenden Sberspannungen zur Triggerung dr Mehrfachfunkenstrecke ausgenutzt werde so sind die gemeinsamen Anschlüsse der Kapazitäten mit jeweils einem Anschluß der äußersten Elektroden der Mehr fachfunkenstrecke verbunden. Es ist auch möglich, die Zündung der Schaltfunkenstrecke mittels besonderer Triggergeneratoren vorzunehmen, was ins besondere oür die erste Stufe notwendig ist. Zu diesem Zweck werden die gemeinsamen Anschlüsse der Kapazitäten mit den Anschlüssen eines zugeordneten Impulsspannungserzeugers verbunden.
• Ferner ist in Weiterbildung der Erfindung es möglich, eine Impulssspannung zu gewinnen, indem die gemeinsamen Anschlüsse der Kondensatoren über Kapazitäten mit den Anschlüssen der benachbarten Schaltfunkenstrecke verbunden sind.
• Die Beanspruchung der Kapazitäten zur Übertragung des Triggerimpulses kann gemindert werden dadurch, daß die Impulsspannung an je einer Serie schaltung von Kapaitäten liegt, zwischen denen die Elektroden der Schaltfunkenstrecke angeschaltet sind, Zur Verbesserung der Zündwilligkeit aller Teilfunkenstrecken einer Mehrfachfunkenstrecke ist es vorteilhaft, daß die Kapazitäten, die der Übertragung des Triggerimpulses dienen, unterschiedliche Kapazitätswerte aufweisen.
• Es ist zwar bereits bekannt, bei der Verwendung von Dreielektrodenfunkenstrecken der Hilfselektrode einen Spannungsimpuls aufzuprägen, der von einer zeitlich vorher zündenden Schaltfunkenstrecke abgenommen wurde. Dabei ist es sowohl möglich, die Übertragung dieses Spannungsimpulses von der Schaltfunkenstrecke auf die Hilfsolltrode der nachgeordneten Funkenstrecke mittels hochohm@gen Widerständen als auvh mittels Kapazitäten zu bewirken.
• Diese Maßnahme @i@nte dort aber lediglich zur Verbes@@rung der Zündwilligkeit der Schaltfunkenstr@cken, die vorher in ihrem Abstand der gewählten Stoßspannung bzw. Ladespannung anzupassen sind.
• Dabei wurde nicht erkannt, daß diese Maßnahme im Zusa@menhang mit der Anwendung der ebenfalls bekannten Mehrfachfunkenstrecken bei sinnvoller Schaltung dre Elektroden darselben er einer Anpassung der Elektrodenabstände an die gewänschte Stoßspannung und die dadurch determinierte Ladespannung überhaupt nicht bedarf.
• Anhand eines Ausführungsbeispiele mird nachfolgend der Gegenstand der Erfindung näher erläutert.
• In der beigefügten Zeichnung zeigen: Fig. 1: eine Mehrfachfunkenstrecke mit Mitteln zur gleichmäßigen Ladespannungsverteilung und zur Einkopplung des ZUndimpulses, Fig. 2s eine Mehrfachfunkenstrecke wie in Fig.1, aber mit verbesserter Einkopplung des Zundimpulses, Fig. 3s wenige Stufen eines Stoßspannungsgenerators in Marx'scher Schaltung mit verschiedenen Ausführungsvarianten zur Gewinnung der Zündimpulse für die Zündfunkenstrecken gemäß der Erfindung.
• In der Fig. 4 ist eine Mehrfachfunkenstrecke 1 gezeigt, die zehn Teilfunkenstrecken aufweist, die zwischen den Metallelektroden 2 bis 11 liegen@ Mittels Widerständen 13, die im Ausführungsbeispiel als diskrete Bauelemente gezeigt sind, aber praktisch in Form einer halbleitenden Bahn auf oder in einem Isolierstoffkörper realisiert werden, wird die anliegende Ladespannung (Glelchspannung ) gleichmäßig über die zehn Funkenstrokken verteilt. Diese Lade spannung ist an Anschlüs.
• so 14 und 15 geführt. Zwei weitere Anschlüsse 16 und 17 dienen der Zuführung aines Spannungsimpulses (Triggerimpulses), welcher einerseits mittels Kondensatoren 18 an die Metallelektroden 43 69 3 und 10,andererseits mittels Nondensatoren 19 an die Metallelektroden 3; 5; 7; 9 und 11 gelangt.
• Damit verändert sich im Moment des Einlaufens des Triggerimpulses in das System die Spannung zwischen den Metallelektroden von dem Betrag der anteiligen Lade spannung um den Betrag des Im pulses. Dies führt bei allen Teilfunkenstrecken gleichzeitig zur Durchzündung.
• Zur Vergleichmäßigung der ZUndwilligkeit aller Teilfunkenstrecken ist as vorteilhaft, die I;ondensatoren 18 und 19 unterschiedlichen Kapazitätswerten auszuführen.
• In Fig. 2 ist ebenfalls eine Mehrfachfunkenstrekke 1 gezeigt, die sich von der in der Fig. 1 dargestellten Ausführung hinsichtlich der Schaltung der Kondensatoren 18 und 19 unterscheidet und insofern vorteilhaft ist, weil die zu beherrschenden Spannungen über den Kondensatoren 18 und 19 kleiner sind als bei Ausführung gemäß Fig. 1.
• In Fig, 3 sind die ersten dem Erdpotential nächsten Stufen eines Stoßspannungserzeugers in Max'scher Vervielfacherschaltung gezeigt, wobei in der Stufe I der Fall dargestellt ist, bei dem die erfindungsgemäß ausgebildete Mehrfachfunkenstrecke 1 mittels eines auf Erdpotential angeordneten Triggergenerators 20 gezündot sind, Dagegen ist in der Stufe II der Fall gezeigt, wo der Tri@gerimpuls an der Schaltfunkunstrecke der, dem Erdpotential zu nächsten Stufe (I) abgenommen wird, wobei vorausgesetzt ist, daß die Durchzündung des Generators von Erdpotential aus erfolgt.
• In dieser Schaltung ist die Mehrfachfunkenstrekke 1 gemaß Fig. 1 dahingehend zu modifizieren, daß der dort gezeigte Widerstand 26 eingefügt wird In der nur noch angedeuten Stufe III ist dann noch ferner der Fall dargestellt, wie die Mehrfachfunkenstrecke mittels, infolge vorangegangener Durchzündung entstandener Überspannungen zum Durchschlag veranlaßt wird. Für diesen Fall müssen die Anschlüsse 15 mit 16 und 14 mit 17 verbunden werden.
• Der Stoßspannungsgenerator weist je Stufe einen Stoßkondensator 21 auf, der über je einen Ladewiderstand 22 aufgeladen wird. Bei Zündung der Mehrfachfunkenstrocken 1 erfolgt die Entladung der Stoßkondensatoren 21 Uber den Entladewiderstand 23, welcher die Form des Rückens der Stoßspannungsquelle beeinflußt, während ein Dämpfungswiderstand 24 die Anstiegsflanke der Stoßwelle maßgeblich bestimmt.
• Da im Moment der Zündung der Mehrfachfunkenstrecke 1 die über ihr anstehende Lade spannung in sehr kurzer Zeit auf einen Betrag von wenigen hundert Volt zusammenbricht, entsteht ein steiler, leistungistarker Spannungsimpuls mit mindestens der Amplitude der Lade spannung, dn den Anschlüssen 16 und 17, wenn diese Uber Kondensatoren 25 mit den Anschlüssen 15 und 14 der vorangehenden Mehrfachfunkenstrecke 1 verbunden sind. Damit steht zwischen jeder der Teilfunkenstrecken der Mehrfachfunkenstrecke 1 der Stufe II dieser Irnpuls an, der sich der anteiligen Ladesspannung überlagert und sicher zum gleichzeitigen Durchzünden aller Teilfunkenstrecken iiihre, Dagegen wird die Mehrfachfunkenstrecke 1 der Stufe III mittels Überspannugen erregt, die urfahrungsgemäß infolge vorangegangener Zündung anderer Schaltfunkenstrecken an den noch nicht gezündeten Schaltfunkenstrecken auftreten. Bedingt durch die erfindungsgemäße Schaltung der Metallel,ektroden stehen jetzt aber diese Überspannungen an rader der Teilfunkenstrecken an und gewärleisten den Durchschalg der gesamten Schaltfunkenstrecke.
• Die in der Fig. 3 gewählte Kombination der verschi denan Arten der Triggerspannungsgewinnung ist natarllch nicht Bedingung fttr die Realisierung der Lehre der Erfindung. Vielmehr wird man in Generatoren bevorzugt nur eine der beschriebenen Schaltungen zur Gewinnung des Zündimpulses anwenden, während die Triggerung der Schaltfunkenstrecke mittels eines Triggergenerators 20 vor allem der Schaltfunkenstrecke der Stuffe vorbehalten bleibt, die auf Erdpotential liegt.

Claims (6)

Patentansprüche

1. Schaltfunkenstrecke für Stoßspannungsgeneratoren, die als Mehrfachfunkenstrecke ausgebildet ist und Widerstände zur Ladespannungsverteilung längs der Elektroden der Mehrfachunkenstrecke aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden der Mehrfachfunkenstrecke abwechselnd mittels Kapazitäten an Impulsspannungen unterschiedlicher Polarität und/oder unterschiedlichen Betrages angelegt sind.

2. Schaltfunkenstrecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsamen Anschlüsse der Kapazitäten mit jeweils. einem Anschluß der äußersten Elektroden der Schaltfunkenstre cke verbunden sind.

3. Schaltfunkenstrecke nach Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulssspannung aus einem der Schaltfunkenstrecke zugeordneten Impulsspannungserzeuger entnommen ist.

4. Schaltfunkenstrecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsspannung an oinor der benachbarten Schaltfunkenstrecken abgegriffen ist.

5. Schaltfunkenstrecke nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsspannung an je einer Serienschaltung von Kapazitäten liegt, zwischen denen die Elektroden der Schaltfunkenstrecke angeschalte t sind.

6. Schaltfunkenstrecke nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitäten unterschiedliche Kapazitätswerte aufweisen.

L e e r s e i t e