DE2342772A1

DE2342772A1 - Hochspannungs- und festkoerpergleichrichtersystem

Info

Publication number: DE2342772A1
Application number: DE19732342772
Authority: DE
Inventors: Raymond J Loby; Severt E Olsen; Jun Chester C Thompson
Original assignee: Radiation Dynamics Inc
Current assignee: Radiation Dynamics Inc
Priority date: 1973-05-21
Filing date: 1973-08-24
Publication date: 1974-12-19
Also published as: JPS5435651B2; GB1447803A; JPS53149629A; DE2366243B1; DE2366243C3; GB1447802A; JPS5439829A; JPS5512834B2; US3848174A; DE2342772B2; JPS5010449A; DE2342772C3; JPS5327817B2

Description

Dipl.-Chem. W. ROCKER

3HA₁I
Burckhardtstraße 1

Radiation Dynamics, Inc. 22. August 1973

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HOCHSPANNUNGS- UND FESTKOERPERGLEICHRICHTERSYSTEM ZUSAMMENFASSUNG DER BESCHREIBUNG

Ein Hochspannungs- und Festkoerpergleichrichter enthaelt mehrere in Serie liegende Wechselstromausgeglichene Dioden und in Serie liegende Bufferwiderstaende in treppenfoermiger, spiralartiger Konfiguration. Letztere ist in einem unterteilten, Faradayschen Kaefig eingekapselt, der 360° Isolierung gegen aeussere HF elektrostatische Felder und aeussere Kapazitaetsabstufung entlang der Anordnung bietet. Zuenderbruecken zwischen Kaefigabteilungen verhueten von elektrischen Entladungen verursachte, uebermaessige Spannungsansammlungen, und sind in Sehlinie angeordnet, damit das von dem Zuenden einer Bruecke erzeugte UV Licht, auch die anderen Bruecken zuenden kann. Eine Ausloesungszuenderbruecke erhaelt

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Spannung von einer Drossel, die mit dem Festkoerpergleichrichter in Serie liegt. Etwaige von uebermaessigen Spannungen verursachte elektrische Entladungen, treten zunaechst an der Drossel auf und zuenden die Ausloesungsbruecke, die dann die anderen Bruecken durch UV Stimulation zuendet.

Die vorliegende Erfindung betrifft Hochspannungs-Festkoerpergleichrichter, und insbesondere den Schutz und Bau solcher Gleichrichter im Betrieb mit HF-Spannungen in Megavoltumgebung. Obwohl die nachstehende Beschreibung die Verwendung des Gleichrichters der vorliegenden Erfindung in einem Teilchenbeschleuniger betrifft, kann er auch in anderen Apparaten zur Gleichrichung hoher Gleichrichtungsspannungen verwendet werden.

Der DYNAMITRON PARTICLE ACCELERATOR (Dynamitron Teilchenbeschleuniger), der von RADIATION DYNAMICS, INC. Westbury, NY; siehe US PS 2,875,394 und 3,246,230, beide im Namen von CLELAND) hergestellt wird, verwendet eine Spannungsmultipiizierungsschaltung, die eine Reihe von Gleichrichtern enthaelt, die HF-Spannung in hohe Gleichstromspannung umwandeln. Wie bei allen Hochspannungsapparaten, ist die Hauptursache des Bestandteilversagens des DYNAMITRON, der durch elektrische Entladungen oder Funken verursachte Schaden. Bei elektrischen Entladungen kann jeder Gleichrichter einer Spannung ausgesetzt werden, die seinen Nennwert weit überschreitet. Da es praktisch nicht moeglich ist, solche Entladungen oder Funken ganz auszuschliessen, muessen die Beschleunigerelemente, einschliesslich der Gleichrichter, so gebaut werden, dass bei

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Entladung kein Schaden entsteht. Da ausserdem der Hauptwechselstrom fuer die Spannungsmultiplizierungsschaltung im HF-Bereich liegt, muessen die Gleichrichter genuegend von den durch die HF verursachten starken, elektrostatischen Feldern insuliert werden.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Festkoerperhochspannungsgleichrichter zu erstellen, der bei Hochspannung ohne Schaden zu nehmen laeuft, trotzdem er elektrischen Entladungen und elektrostatischen Feldern ausgesetzt ist.

Die Erfindung hat auch eine kompakte, Festkoerperhochspannungsgleichrichteranordung zum Zweck, die vor Entladungsschäden in Hochspannungsumwelt geschuetzt ist.

Nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung enthaelt ein Festkoerperhochspannungsgleichrichter mehrere in Serie liegende und Wechselstrom-ausgeglichene Dioden und in Serie liegende Bufferwiderstaende in treppenfoermigem, spiralartigem Stapel. Letzterer ist in einem der Länge des Stapels folgenden Faradayschen Kaefig, zur Isolierung von den von aussen HF-induzierten elektrostatischen Feldern eingekapselt. Der Faradaysche Kaefig ist in mehrere longitudinal Schirmabteilungen eingeteilt, die sich in gewissen Abständen bei den Anschluessen ueber· decken, um eine Kapazitaetsabstufung entlang der Gleichrichteranordung zu erreichen.

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Zuenderbruecken von Schirm zu Schirm vermeiden uebermaessige durch elektrostatische Entladungen ent -stehende Spannungsansammlungen. Die Zuenderbruecken sind in Sehlinie entlang des Stapels angeordnet,damit das UV-Licht einer Zuenderbruecke das Zuenden der anderen Verursachen kann. Eine mit einer Drossel parallele Ausioesungszuenderbruecke die mit dem Diodenstapel in Serie 1st zuendet bei Ueberspannung an der Drossel und loest dadurch das zuenden der anderen Zuenderbruecken aus.

Die eben Beschriebenen und nochweitere Gegenstaende, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung, werden in der folgenden detaillierten Beschreibung spezifischer Ausfuehrungen deutlich, inbesondere bei Studium der beiliegenden Zeichnungen:

Fig. 1 ist eine schematische Te1lquerr1ssans1cht, senkrecht zur Laengsachse eines Teilchenbeschleunigers, der die Hochspannungs- und Festkoerpergleichrichter der vorliegenden Erfindung verwendet;

Fig. 2 ist eine Perspektive von zwei Schirmabteilungen des Gleichrichters, die die tatsächliche Wechselbeziehung dieser Abteilungen veranschaulicht;

F1g. 3 ist eine Draufsicht der Gleichrichteranordnung der vorliegenden Erfindung;

Flg. 4 ist eine Seitenansicht der Gleichrichteranordnung der Fig. 3;

Fig. 5 ist ein Schematischer Teilriss einer einzigen Abteilung der Gleichrichterschaltung der vorliegenden Erfindung, die die tatsächliche Anordung der Schaltungselemente veranschaulicht;

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Fig. 6 ist eine Draufsicht einer modulargedruckten Schaltungsplatte, wie sie in der vorliegenden Erfindung verwendet wird; und

Fig. 7 ist ein Schema der globalen elektrischen Schaltung fuer den Gleichrichter der vorliegenden Erfindung.

In Fig. 1 der beiliegenden Zeichnungen, ist ein Riss des DYNAMITRON TEILCHENBESCHLEUNIGERS zu erkennen wie er in US-PS 2,875,394 und 3,246,230 beschrieben ist. Diese Patente werden hiermit zur Bezugnahme einverleibt. Der Beschleuniger enthaelt einen elektrisch geerdeten zylinderförmigen Stahlbehaelter 1, der druckdicht erhalten wird. Eine Beschleunigerroehre 2 befindet sich innerhalb des Behaelters 1 und erstreckt sich im wesentlichen entlang seiner Laengsachse. Zwei in Abständen einander gegenüber angebrachte halbzylinderförmige Elektroden 3 und 4 erstrecken sich im wesentlichen konzentrisch um die Beschleuni gerroehre 2 und innerhalb des Behaelters 1. Die Elektroden 3 und 4 sind den entsprechenden Anschlagstuecken einer nicht gezeigten HF-Quelle in der in den oben genannten Patenten beschriebenen art angeschlossen. Die HF-Spannung kann z.B. bei 10.000 Volt oder hoeher, bei einer Frequenz im Bereich von 20 bis 200 kHz liegen.

Eine Reihe von im wesentlichen halbkreisförmigen Koronaschirmen 5a, 5b, usw. . . befindet sich auf einer Seite der Achse des Behaelters 1, wobei jeder Koronaschirm 5a, 5b, usw., konzentrisch um die Behaelterachse zwischen Elektrode 3 und Beschleunigerroehre 2 liegt. Eine Reihe

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von solchen Koronoschirmen 6a, 6b, usw. liegt konzentrisch um die Behaelterachse der entgegengesetzten Seite. Die Enden der Koronschirme 5a, 5b, usw. liegen in Abstand von den entsprechenden Enden der Koronaschirme 6a, 6b, usw.

Die Spannungsmuitipiizierungsschaltung des Teilchenbeschleunigers enthaelt zwei Reihen 7 und 8 von Gleichrichteranordnungen, entlang der Achse des Behaelters 1. Insbesondere erstreckt sich eine Reihe entlang einer Seite der Beschleunigungsroehre 2 und enthaelt die Gleichrichteranordungen 7a, 7b, usw., wobei der Klarheit wegen nur 7a in Fig. 1 gezeigt wird. Die zweite Reihe der Gleichrichteranordnungen erstreckt sich entlang des Behaelters an der entgegengesetzten Seite der Beschleunigungsroehre 2 und enthaelt die Anordnungen 8a, 8b, usw.; in Fig. 1 wird nur die Anordnung 8a gezeigt. Jede Gleichrichteranordnung erstreckt sich zwischen einem Paar von Koronaschirmen 5 und 6 mit denen sie elektrisch verbunden ist. Die Gleichrichteranordnung 7a ist z.B. in Serie zwischen den Koronaschirmen 5a und 6a angeschlossen und liegt zwischen ihnen; die nicht gezeigte Gleichrichteranordnung 7b ist in Serie zwischen den Koronaschirmen 5b und 6b angeschlossen und liegt ebenfalls zwischen ihnen usw. Die verschiedenen Gleichrichteranordnungen sind daher in Serie in zick-zack Anordnung der Laenge der Beschleunigerroehre 2 entlang angeschlossen.

Die HF-Spannung zwischen den Elektroden 3 und 4 erzeugt zwischen diesen Elektroden ein elektrostatisches Feld. Letzteres wird zur Speisung des Wechselstroms fuer

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den Betrieb der Gleichrichteranordnungen 7 und 8 im Teilchenbeschleuniger verwendet. Durch die Interelektrodenkapazitaet zwischen Elektroden und Koronaschirmen, entsteht durch das elektrostatische Feld der gleiche Wechselstrom zwischen jedem gegenüberliegen dem Paar Koronaschirmen. Diese Interelektrodenkapazitaeten sind phantomar in Flg. 1 veranschaulicht und enthalten auch den Kondensator 9a (von der Elektrode 3 zum Koronaschirm 5a), den Kondensator 9b (von der Elektrode 3 zum Koronaschirm 5b), den Kondensator 10a (von der Elektrode 4 zum Koronaschirm 6a), den Kondensator 10b (von der Elektrode 4 zum Koronaschirm 6b), usw.

In den Figuren 2, 3 und 4 der beiliegenden Zeichnungen, wird die Gleichrichteranordnung (7, 8 der Fig. 1) der vorliegenden Erfindung in sieben Faradayschen Kaefigabteilungen Π bis 17 untergebracht;die Anzahl dieser Abteilungen kann sich jedoch aendern. Die Kaefigabteilungen sind hohl und enthalten eine aeussere elektrisch leitende Wand 21, die im allgemeinen viereckig im Riss ist. Eine elektrisch leitende innere Wand 22, die ebenfalls viereckig im Riss 1st, und konzentrisch innerhalb der aeus- ^m seren Wandung 21 liegt, ragt aus einem Ende jeder Schirmen abteilung. Die innere Wandung 22 ist mit der innenflaeche *- der aeusseren Wandung 21 mechanisch und elektrisch verbunden,

Die Schirmabteilungen 11-17 werden Ende zu Ende zwischen den zwei Isolierstreifen 23, 24 an die jede Schirmabteilung mit Schrauben oder dergleichen befestigt ist angebracht. Der Abstand zwischen den aeusseren Wandungen 21 der angrenzenden Schirmabteilungen ist kleiner als das durch die innere Wandung 22 aus der aeusseren herausragende Ende. Die innere Wandung 22 einer Schirmabteilung,

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wie etwa der Abteilung 14, ragt z.B. in den hohlen Bereich des angrenzenden Endes der naechsten Schirmabteilung, wie etwa der Abteilung 13. Es ist zu bemerken, dass die innere Wandung 22 in den Hohlraum der naechsten Schirmabteilung hineinragt ohne diese zu berühren. Die abständige Ueberdeckung der angrenzenden Schirmabteilungen erzeugt eine Kapazitaet zwischen angrenzenden Schirmabteilungspaaren, die ausfuehrlicher in Fig. 7 beschrieben wird. Die Ueberdeckung der inneren Wandungen 22 hat ausserdem ein andauverndes Abschirmen der Bestandteile innerhalb der Schirmabteilungen antlang der Laenge der Montage zur Folge, obwohl die aeusseren Wandungen 21 der angrenzenden Schirmabteilungen in Abständen angebracht sind.

Die Montage kann auch innere Wandungen der Schirmabteilungen auf nur zwei Seiten vorsehen. Der Nachteil dieser Montage besteht in einem weniger wirksamen Abschirmen, und der Notwendigkeit einer längeren Ueberdeckung, um die Kapazitaet einer kuerzeren Ueberdeckung bei vierseitiger Wandung zu erzielen. Daher ist eine Montage mit vierseitiger innerer Wandungsanordnung ungefaehr halb so lang und ein Drittel des Volumens einer zweiseitigen Anordnung. In einer typischen Montage wie jene des DYNAMITRON, ist jede Gleichrichteranordnung der vorliegenden Erfindung 12 Zoll lang und hat einen Querschnitt von 2.5 Quadratzall.

Der Eingangsanschluss zur Gleichrichteranordnung

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(d.h., von dem zugehoerigen Koronaschirm) fuehrt an das eine Ende einer HF-Drossel oder Induktanz 26, deren anderes Ende mit der inneren Wandung 22 der Schirmabteilung 11 verbunden ist. Die Induktanz 26 ist an den entgegengesetzten Seiten der Wandung 22 befestigt, aber elektrisch nur mit einer dieser Flaechen verbunden; das Eingangsende der Induktanz 26 ist mittels der isolierenden Buchse 27 von der Wandung 22 isoliert. Die Aufgabe der Induktanz 26 in der Gleichrichterschaltung wird in Fig. 7 ausfuehrlich beschrieben.

Eine Ausloesungszuenderbruecke 31, die Elektroden 32 und 33 enthaelt, wird parallel mit der HF-Drossel 26 verbunden. Insbesondere wird die Elektrode 32, die auf dem Isolierstreifen 23 gelagert ist, durch die Ader 34 mit dem Eingangsende der Drossel 26 verbunden. Die Elektrode 33 lagert auf dem elektrisch leitenden Flansch 35, der von der aeusseren Wandung 21 der Schirmabteilung 11 in der Naehe des Streifens 23 ausgeht. Die aeussere Wandung 22 ist selbstverstaendlich elektrisch an das andere Ende der Drossel 26, durch die innere Wandung 21, angeschlossen. Die Zuenderbruecke 31 erstreckt sich senkrecht zur Laenge des Streifens 23.

Zusaetzliche Zuenderbrueken 40 sind entlang der Gleichrichteranordnung vorgesehen wobei sich eine Zuenderbruecke 40 zwischen jedem Paar von angrenzenden Schirmabteilungen befindet. Wird die Lage der Zuenderbruecke 40 zwischen den Abteilungen 13 und 14 als typisch angesehen, so muss ein Paar von abständigen Zuenderbrueckenelektroden 41, 42 vorgesehen werden, die am zusammenschluss der aeusseren

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Wandungen 21 der Schirmabteilungen abgebracht sind. Die Elektrode 41 lagert auf einem leitenden Flansch 43, der sich von der aeusseren Wandung 21 der Schirmabteilung 13 entlang des Isolierstreifens 23 nach oben erstreckt; die Elektrode 42 ruht auf einem leitenden Flansch 44, der sich von der aeusseren Wandung 21 der Schirmabteilung 14 an der entgegengesetzten Seite des Isolierstreifens 23 nach oben erstreckt. Die Elektroden 41 und 42 sind daher mit den jeweiligen aeusseren Wandungen 21 der angrenzenden Schirmabteilungen verbunden. Es ist bemerkenswert, dass die Zuenderbruecke 31 und alle Zuenderbruecken 40 in Sehlinie angebracht sind. Wie im folgenden ausführlich beschrieben, erlaubt dies, jede Zuenderbruecke auf UV-Emission irgendeiner anderen Zuenderbruecke anzusprechen.

Die Gleichrichterschaltung wird in identische Gleichrichtereinteilungen unterteilt, wobei jede der letzteren die angrenzenden Schirmabteilungen 12 bis 17 anschliesst. Die HF-Drossel 26 erscheint am Ende der Schirmabteilung Eine Gleichrichtereinteilung 50 ist schematisch in Fig. 5 gezeigt und ist selbst in eine Mehrzahl von identischen in Serie liegenden Gleichrichterabschnitten unterteilt. Jeder Abschnitt enthaelt drei in Serie liegende Si-Dioden 51, 52 und 53, die mittels der zugehoerigen Ableitungs-Kondensatoren 55, 56 und 57 Wechselstrom-ausgeglichen sind und in Serie mit dem Bufferwiderstand 54 liegen. Diese mit sieben Elementen ausgestatteten Gleichrichterabschnitte werden wie in Fig. 6 gezeigt auf die jeweiligen modularen gedruckten Schaltungsplatten 58 montiert. Jede modulare Platte 58 wird auf isolierenden Laqern befestigt, wobei

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die aufeinanderfolgenden Platten den angrenzenden Seiten eines Quadrats entsprechen. Die Seiten dieses Quadrats sind mit einer fortgeschrittenen Ganghoehe versehen, damit der globale Gleichrichterabschnitt die Form einer vierseitigen, treppenfoermigen, spiralartigen Anordnung besitzt.

In der Fig. 5 gezeigten Ausfuehrung sind 27 modulare Gletchrichterplattenabschnitte in Serie verbunden, um dte Gleichrichterabteilung zu erhalten. Jede von diesen wird durch ein Anschlussbrett getrennt, das den Isolierungswiderstand 59 enthaelt; das andere Ende des Widerstandes 59 ist mit einer leitenden Schirmabteilung verbunden. In dieser Art werden die Gleichrichterabschnitte in jeder Abteilung in Serie verbunden, um eine globale Gleichrichterschaltung herzustellen, die der ganzen Mehrzahlabschnittanordnung dient. Ausserdem ist jede Abteilung mit einem Kondensator versehen, der die Hauptwechsel Stromspannung teilt und mittels des Kondensators 60 mit ihr parallel liegt, wobei der Kondensator 60 durch die Ueberdeckung der angrenzenden Schirmabteilungen wie oben beschrieben gebildet wird.

Fig. 7 stellt schematisch die globale Gleichrichteranordnung dar, wobei jeder in Serie liegende Abschnitt 50 durch eine zugehoerige Diode dargestellt ist. Die Iso-1ierungswiderstaende 59 kuppeln jede Gleichrichterabteilung

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50 ueber die zugehoerige Ueberdeckungskapazitanz 60, die ihrerseits durch eine zugehoerige Zuenderbruecke 40 ueberbrueckt ist. Die Ausloesungszuenderbruecke 31 liegt parallel mit der Drossel 26 und die Kombination ist in Serie mit der Kondensatorenkette 60 verbunden.

Die beschriebene Gleichrichteranordnung umfasst sechs Gleichrichterabteilungen von denen jede 81 Dioden enthält, d.h. eine gesamtzahl von 486 in Serie liegenden Dioden. Diese zahl ist selbstverstaendlich nicht' ausschliesslich verwendbar, sondern wurde fuer eine spezielle Ausfuehrung angewandt. Die tatsächliche Anzahl der verwendeten Dioden haengt von der abzuleitenden Gleichstromspannung und von den Nennwerten der einzelnen Dioden ab. Der Nennwert der Spitzensperrspannung der globalen Gleichrichterschaltung muss mindestens dreimal so hoch wie die abgeleitete Gleichstromspannung sein.

Die sechs Gleichrichterabteilungen 50, die alle zwischen den zugehoerigen Schirmabteilungen 12-17 liegen, sind in Serie zu einer fortlaufenden, stufenartigen, spiralartigen Anordnung verbunden. Jede Gleichrichterabteilung 50 unterscheidet sich von der naechsten durch ein Anschlussbrett mit Isolierungswiderstand 59, fuer den elektrischen Anschluss an die zugehoerige Schirmabteilung.

Die mit Ueberbrueckungsdioden 51, 52 und 53 versehenen Kondensatoren 55, 56 und 57 ermöglichen einen Wechselstromausgleich, d.h., sie sichern, die gleichmassige Verteilung des in der Montage erzeugten Wechselstromes und etwaiger Stosswellen, auf die Dioden 51, 52 und 53. 409851/0979

Die Widerstaende 54 dienen als Buffer, um den Q-Faktor der Schaltung zu verstimmen und in Stoerungsfaellen Schwingungen und Stösse zu daempfen. Der Widerstand 59 dient als

Gleichstromanschluss zwischen den Gleichstromabteilungen 50 und den Schirmabteilungen, und ist stark genug um die Energie zwischen den beiden zu isolieren.

Die Schirmabteilungen 11-17 schirmen die inneren Gleichrichterabteilungen 50 vor von aussen erzeugten HF-Stoerungen. Es ist zu beachten, dass die Ueberdeckung der angrenzenden Schirmabteilungen auf allen vier Seiten, die Schaltung vor Llmwelt-HF-Stoerungen weitgehend schuetzt. Die Ueberdeckung der angrenzenden Schirmabteilungen hat ausserdem das Zustandekommen der Hauptkondensatorkette (Kondensatoren 60), parallel mit der Gleichrichteranordnung zur Folge; dadurch wird eine Verzerrung der Gleichmässigen Verteilung der Wechselstromspannungen ueber jede Gleichrichterabteilung 50, die durch aeussere Einwirkungen entstehen koennte,vermieden. Die Schirmabteilung 11-17, mit ihren Ueberdeckungskondensatoren 60 und deren parallel liegenden Zuenderbruecken 40, bereiten den Stosswellen und Stromkurven in Stoerungsfaellen einen kuerzeren Weg, so dass die Auswirkungen der Uebertragungsleitung mit einer der Wellenlaenge entsprechenden Spannungsverteilung vermieden werden.

Die Zuenderbruecken 40 beschraenken etwaige Spitzenstosswellenspannungen, die zwischen Schirmabteilungen bestehen koennten; zugleich beschraenken sie auch die Spitzenstosswellenspannungen jeder Gleichrichterabteilung

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50, Weiterhin dienen die Zuenderbruecken 40 zur Ableitung von aeusserlich gespeicherter Energie von den einzelnen Gleichrichterabteilungen 50. Diese miteinander in Sehlinie angeordneten Zuenderbruecken gestatten die Stimulierung aller Zuenderbruecken durch ein von einer Zuenderbruecke erzeugtes.

Sollten uebermaessige Spannungen in der Gleichrichteranordnung z.B. durch elektrische Entladungen entstehen, dann tritt der Spannungsanbau zuerst an der Drossel 26 zu Tage. Dies wird von der Ausloesungszuenderbruecke 31 erfasst, die zuehdet und mittels UV-Stimulation die anderen

uendung verleitet. Da im normalen Betrieb an der Ausloesungsbruecke 31 nur kleine Spannungen anfallen (d.h., (cein Spannungsueberschuss), kann diese Bruecke klein sein, um den Durchbruch unter Stosswellenbedingungen zu beguenstigen. Die anderen Zuenderbruecken 40 muessen so eingestellt werden, dass äie der normalen Spannungsdifferenz zwischen den Abteilungen widerstehen koennen. Da die Zuenderbruecken 40 auch von der Ausloesungszuenderbruecke 31 gezuendet werden, ist deren Brueckeneinstellung nicht entscheidend. In dem Teilchenbeschleuniger der Fig. 1 ist die Ausloesungszuenderbruecke 31 so angeordnet, dass sie das Funken zwischen dem Ende des Diodenstapels und der aeusseren Wandung 1 insbesondere in der Naehe der Koronaschirme erfasst. In diesem Beschleuniger ist der normale Abstand der Ausloesungszuenderbruecke etwa 0.008 Zoll und bewirkt eine Zündung zwischen 5.000 und 10.000 Volt; im Vergleich zeigt die Gleichrichteranordnung etwa 100,000

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bis 200 000 Volt an. Die anderen Bruecken 40 wuerden normal erweise etwa 30 000 Volt ausgesetzt und so eingestellt sein, dass eine Zündung bei höherer Spannung erfolgt.

Wie oben angeführt, ist die Anzahl der Dioden, der Gleichrichter-und Schirmabteilungen hauptsaechlich von den Betriebsspannungen und den Nennwerten der einzelnen Elemente abhaengig.

Es ist zu beachten, dass die vorzugsausfuehrung viereckige Schirmabteilungen enthaelt jedoch können sie auch rechteckig, dreieckig, rund, elliptisch oder anders sein. In solchen Faellen müsste die Form der gedruckten Schaltungsplatten oder der anderen Elementen dementsprechend geändert werden.

Obwohl ich spezifische Ausfuehrungen meiner Erfindung beschrieben und veranschaulicht habe, ist es selbstverstaendlich, dass Aenderungen in den beschriebenen und dargestellten Baueinzelheiten vorgenommen werden koennen, ohne den rahmen der in den beiliegenden Anspruechen gekennzeichneten Erfindung zu verlassen.

Claims

PATENTANSPRUECHE

\ Eine Hochspannung- und Festkoerpergleichrichteranordnung, enthaltend:

eine Reihe von mehrzahl igen, in Serie liegenden Festkoerperdioden, wobei die genannte Reihe von den genannten, in Serie verbundenen Dioden in Gruppen unterteilt ist; eine Mehrzahl von elektrisch leitenden Schirmabteilungen,

von denen jede eine zugehoerige Gruppe der genannten Dioden

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enthaelt, wobei die genannten Schirmabteilungen von einander elektrisch isoliert und Ende zu Ende ausgerichtet sind und jede Schirmabteilung die angrenzende ueberdeckt, um die genannte Reihe von HF-Strahlungen abzuschirmen und um ein Kapazitaetselement zwischen angrenzenden Schirmabteilungen zu bilden, wobei die Kapazitaetselemente zwischen den aufeinanderfolgenden Schirmabteilungen eine in Serie liegende Kondensatorkette entlang der genannten Reihe bilden; und

eine Mehrzahl von Ohmischen Widerstandseleinenten, von denen jedes eine zugehoerige Gruppe der genannten Dioden und die diese Gruppe enthaltenden Schirmabteilung verbindet, um eine stufenartige Spannung entlang den genannten Schirm-Abteilungen zu erhalten.

2, Die Kombination nach Anspruch 1, weiterhin enthaltend eine Mehrzahl von Bufferwiderstaenden, die mit den genannten Dioden in Serie sind, und eine Mehrzahl von Wechselstrom-ausgeglichenen Kondensatoren von denen jeder parallel mit der zugehoerigen Diode verbunden ist.

3, Die Kombination nach Anspruch 1, worin jede Schirmabtetlung an ihren Seiten durch eine elektrisch leitende Wandung geschlossen, und an ihren Enden offen ist, und worin ein Ende der genannten Wandung mit einem elektrisch leitenden Ansatz versehen ist, der ueber die folgende angrenzende Schirmabteilung herausragt, um die genannte Ueberdeckung zu bilden.

4, Die Kombination nach Anspruch 3, worin jede Gruppe der genannten Dioden auf isolierende Mittel gelagert ist, die innen auf der inneren Flaeche der leitenden

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Wandung der Schirmabtei lung befestigt sind, wobei diese Abteilung die Gruppe der genannten Diodep enthaelt.

5. Die Kombination nach Anspruch 3, worin die genannte Wandung vierseitig und dsr genannte Ansatz auch vierseitig und die angrenzende Schirmabteilung an allen vier Seiten ueberdeckt ist, um das genannte Kondensatorelement zu bilden.

6. Die Kombination nach Anspruch 5, worin jede Diodengruppe in Serie-verbundene Abschnitte von Serie-verbundenen Dioden unterteilt ist, wobei jeder Abschnitt auf eine zugehoerige modulare, gedruckte Schaltungsplatte befestigt ist, und wobei aufeinanderfolgende in Serie verbundene Abschnitte in einer treppenfoermigen, spiralartigen Konfiguration innerhalb der inneren Flaeche der vierseitigen Wandung der Dioden enthaltenden Schirmabteilung angeordnet sind.

7. Die Kombination nach Anspruch 6, worin jeder modulare Diodenplattenabschnitt dem Umfang entlang einer vielseitigen, geometrisch regelmaessigen Struktur angeordnet ist, wobei jeder Abschnitt um die Struktur herum vorrueckt, um eine treppenfoermige, spiralartige Kette von modularen Platten um einenoffenen zentralen Bereich zu bilden.

8. Die Kombination nach Anspruch 6, worin jeder Diodenabschnitt mehrere in Serie liegende Dioden, die ihrerseits in Serie mit Bufferwiderstaenden verbunden sind, enthaelt, und wobei jede Diode durch einen zugehoerigen, Wechselstromausgeglichenen Kondensator ueberbrueckt ist.

9. Die Kombination nach Anspruch 6, weiterhin enthaltend eine Reihe von Zuenderbruecken, wobei jede der

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letzteren an ein zugehoeriges Paar von angrenzenden Schirmabteilungen angelegt ist, um die Spitzenstosswellenspannungen zwischen aufeinanderfolgenden Diodengruppen zu beschraenken.

10. Die Kombination nach Anspruch 9, worin die genannten Reihen von Zuenderbruecken miteinander ausgerichtet sind, um durch die UV-Emission der Zuendung einer dieser Bruecken die Zuendung der anderen in dieser Reihe zu ermoeglichen.

11. Die Kombination nach Anspruch 10, weiterhin enthaltend:

eine Induktanz, die in Serie mit der genannten Diodenordnung fuer die Erfassung von Ueberspannungen in der genannten Ordnung liegt; und

eine Ausloesungszuenderbruecke, die parallel mit der genannten Induktanz verbunden und so angeordnet ist, dass sie auf Spannungswellen anspricht, die eine gewisse Groesse ueberschreiten und die an der genannten Induktanz erscheinen, wobei die genannte Ausloesungszuenderbruecke mit der genannten Reihe von Zuenderbruecken in solcher Art, ausgerichtet ist,dass das UV-Licht, welches von der genannten Ausloesungszuenderbruecke nach Zuenden erzeugt worden ist, die Zündung der genannten Reihe von Zuenderbruecken verursacht.

12. Die Kombination nach Anspruch 1, weiterhin enthaltend eine Reihe von Zuenderbruecken, wobei jede ein zugehoeriges Paar von angrenzenden Schirmabteilungen zwecks Beschraenkung der Stosswellenspannung zwischen aufeinanderfolgenden Diodengruppen ueberbrueckt.

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13. Die Kombination nach Anspruch 12, worin die genannten Zuenderbrueckenreihen so miteinander ausgerichtet sind, um der UV-Emission von einer der gezuendeten Bruecken die Zuendung der anderen in der genannten Reihe zu ermoeglichen.

14. Die Kombination nach Anspruch 13, weiterhin enthaltend;

eine in Serie mit der genannten Diodenordnung fuer Ueberspannungserfassung in der genannten Reihe liegende Drossel; und

eine Ausloesungszuenderbruecke parallel mit der genannten Drossel verbunden und so angeordnet, dass sie auf Spannungsstosswellen anspricht, wenn diese eine vorgegebene Groesse an der genannten Drossel ueberschreiten wobei die genannte Ausloesungszuenderbruecke mit der genannten Reihe von Zuenderbruecken so ausgerichtet ist, dass das UV-Licht der Zuendung der genannten Ausloesungszuenderbruecke die Zuendung der genannten Reihe von Bruecken verursacht.

15* Eine Festkoerper- und Hochspannungsgleichrichteranordnung zur Verwendung als Stufe eines Mehrzahl- und Hochgleichstrom-Spannungsgenerators, der auf eine HF-Spannungsquelle in einer, Megavoltstosswellen ausgesetzten Umwelt anspricht, wobei die genannte Gleichrichteranordnung folgendes enthaelt:

eine Reihe von in S^erie verbundenen Festkoerperdioden, wobei die genannten Dioden so gewaehlt werden, dass der gesamte Spitzensperrwertspannungsnennwert mindestens dreimal den Wert der Sperrspannung an der Reihe im Betrieb betraegt;

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Wechselstromausgleichungsmittel, die jede Diode in der genannten Reihe ueberbruecken;

eine Mehrzahl von Bufferwiderstaenden, die in Serie mit der genannten Reihe liegen;

eine Reihe von elektrisch leitenden, abstehenden, offenen, HF-Schirmabteilungen, die ueberdeckend und Ende zu Ende angeordnet sind, und so eine Reihe von in Serie liegenden Kondensatorelementen verschaffen, wobei sich jedes Kondensatorelement an jeder Schirmabteilungsueberdeckung befindet, und wobei jede Schirmabteilung eine Abschnitt von der genannten Oiodenreihe enthaelt;

eine Mehrzahl von Ohmtschen Anschluessen, von denen jeder zwischen einer zugehoerigen Schirmabteilung und der darin enthaltenen Diodenreihe angeschlossen ist, um eine abgestufte Gleichstromspannung entlang der genannten Reihe von Schirmabteilungen zu erhalten.

eine Reihe von Zuenderbruecken, von denen jede zwischen einem zugehoerigen Paar von angrenzenden Schirmabteilungen angeschlossen ist;

eine mit der genannten Diodenreihe in Serie liegende Diode; und

eine Ausloesungszuenderbruecke, die parallel mit der genannten Induktanz verbunden und derartig eingestellt ist, dass sie auf Spannungsstosswellen einer vorgegebenen Groesse anspricht, die der genannten Induktanz angelegt werden, und dann zuendet, wobei die genannte Reihe von Zuenderbruecken in Sehlinie mit der genannten Ausloesungszuenderbruecke angeordnet ist und zwar in solcher Art, dass das von letzterer nach Zuenden ausgestrahlte UV-Licht das Zuenden der genannten Reihe von Zuenderbruecken stimuliert.

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16. Die Kombination nach Anspruch 15, worin die genannte Reihe von Zuenderbruecken in einer geraden Linie angeordnet und so mit der genannten Ausloesungszuenderbruecke ausgerichtet ist, dass die von irgendeiner Zuenderbruecke ausgestrahlte Lichtenergie das Zuenden der anderen Bruecken stimuliert.

17. Die Kombination nach Anspruch 16, worin die genannten Schirmabteilungen vierseiting sind und worin der in jeder Schirmabteilung enthaltene Diodenabschnitt in einer treppenfoermigen, spiralartigen Konfiguration innerhalb der vierseitigen Schirmabteilung angeordnet ist, und wobei aufeinanderfolgende Abschnitte der genannten Diodenreihen tn einer globalen treppenfoermigen, spiralartigen Konfiguration angeordnet sind.

18. Die Kombination nach Anspruch 16, worin die genannten Schirmabteilungen regelmaessige, vielseitige Konftguratronen mit einer inneren Wandung sind, entland der ein zugehoeriger Teil der genannten Diodenreihe sich in treppenfoermiger, spiralartiger Weise erstreckt.

19. In einer, wie in der Hochspannungsstosswellenumwelt angewandten Hochspannungsschaltung, Schutzapparatur, die folgendes enthaelt:

eine Reihe von Zuenderbruecken, die zwischen zugehoerigen Teilen der genannten Schaltung verbunden sind, um den Aufbau von unerwuenschten grossen Spannungen zwischen den genannten Schaltungsteilen zu vermeiden;

Spannungssensormittel, die in Serie mit der genannten Schaltung liegen, so dass den genannten Sensormitteln waehrend Normalbetrieb eine relativ kleine Spannung angelegt

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wird und Spannungsstosswellen in der genannten Schaltung an den genannten Schaltung an den genannten Sensormitteln reflektiert werden; und

eine parallel mit den genannten Sensormitteln verbundene Ausloesungszuenderbruecke, die so eingestellt ist, dass sie auf Spannungsstosswellen an den genannten Sensormitteln anspricht, wenn diese Stosswellen eine vorgegebene Groesse ueberschreiten, wobei die genannte Ausloesungszuenderbruecke in Sehlinie mit den anderen Bruecken und nahe genug daran liegt, um der von der gezuendeten Ausloesungsbruecke ausgestrahlte Lichtenergie das Zuenden der genannten Reihe von Zuenderbruecken zu erlauben.

20, Die Kombination nach Anspruch 19, worin die genannte Ausloesungszuenderbruecke und die genannte Reihe von Zuenderbrucken so in einer geraden Linie angeordnet sind, dass die von der Zuendung einer Bruecke ausgestrahlte Licht-Energie das Zuenden der anderen Bruecken erlaubt.

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