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mehrstufiger Hochspannungsgenerator für schwingende Prüfschaltspannungen
Die Erfindung betrifft einen mehrstufigen Hochspannungsgenerator für schwingende
Prüfschaltspannungen, bestehend aus einer Reihenschaltung von Stufen, die Kondensatorbatterien,
Drosselspulen, Schaltfunkenstrecken sowie Ladewiderstäde enthalten, wobei in jeder
Stüfe an dem Verbindungspunkt zweier in Reihe geschalteter Kondensatorbatterien
die Ladespannung und eine Elektrode einer einzigen Schaltfunkenstrecke anliegen
und die zweite Elektrode der Schltfunkenstrecke über eine Drosselspule am Ausgang
einer ersten Kondensatorbatterie liegt.
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Aus der GB-PS 1 083 139 ist es bekannt, bei Stoßgeneratoren zwei in
Reihe und symmetrisch zur Stufeneinspeisung liegende Kondensatoren einer Stufe mit
der Ladespannung aufzuladen. Dabei bildet ein Kondensator mit einer Drosselspule,
die mit einer Schaltfunkenstrecke zur Zündung der Stufe in Serie liegt, einen Schwingkreis.
Die Drosselspule befindet sich hierbei zwischen dem Ausgang des einen Kondensators
und dem Anschluß einer Elektrode der Schaltfunkenstrecke, während die andere Elektrode
der Schlatfunkenstrecke am Einspeisungspunkt der Stufe liegt. Der zweite Kondensator
der Stufe ist über einen Ladewiderstand an die drosseleizige Elektrode der Schaltfunkenstrecke
gelegt. In gleicher Art sind such alle weiteren Stufen des Stoßspannungsgenerators
aufgebaut.
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3eim Zünden der Schaltfunkenstrecken wird de Prüfling mit einer sinusförmigen
Prüfspannung beaufschlagt, die um den durch die RC-Kobination in jeder Stufe bedingten
aperiodischen Spannungsverlauf oszilliert. Dieser Stoßgenerator ist insofern nachteilig,
als er nicht zur Erzeugung schwingender Prüfschaltspannungen entsprechend den Anforderungen
der Prüftechnologie geeignet ist, die neben der symmetrischen Lage zur Nullinie
fir die ersten beiden Scheitelwerte A und uS2 der Prüfschaltspannung ein Soheitelwertverhältnis
uS2 uS1 von 0,8 bis 0,9 bei entgegengesetzter Polarität vorschreibt.
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Desweiteren ist es nach Iwanov bekannt, schwingende Prüfschaltspannungen
mit Hilfe von Stoßspannungenanlagen zu erzeugen, bei denen zu diesem Zweck zumindest
ein rLeil der ohmischen Entladewiderstäde in den Stufen durch Drosselspulen ersetzt
wird, so daß diese Stufen Schwingkreise und damit eine universelle Quelle für abklingende
Spannungen mit beliebiger Frequenz bilden. Um einen steilen, undefinierten Spannungsstoß
am Prüfling beim Durchzünden der Schaltfunkenstrecken zu vermeiden, muß die Prüschaltspannung
bei der Entladung über den Prüfling von Null aus kontinuierlich und in Übereinstimmung
mit der Frequenz der Schwingungen steigen.
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Zur dieser bedingungen ist es gemäß einer Ausführungsform des Imanov-Generators
bekannt, die Ausgangsspannung des Generators durch Erzeugung und Superposition zweier
Teilspannunven zu erhalten, indem in jeweils 50% der Generatorstufen die eine Teilspannung
und in der verbleibenden Hälfte des Generators die andere Teilspannung erzeugt werden
und diese Stufengruppen gegeneinandergeschaltet sind. Auf diese Weise ist die Spannung
am Prüfling zu Beginn der Entladung Null. Die schwingende Prüfschaltspannung kann
dabei durch Überlagerung zweier Schwingspannungen, die bedingt durch Verwendung
unterschliedlicher
Drosselspulen und Widerstände bei unverständlichen
Kapazitäten unterschiedliche Frequenz und Dämpfung haben, oder auch durch die Überlagerung
einer Schvzingspannung mit einem aperiodischen Spannungsverlauf hervorgerufen durch
die Bildung eines Generatorenteils aus RC-Kreisen, bestehen.
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In letzterem Falle werden jedoch die Anforderungen, die an die Kurvenform
der Prüfschaltspannungen gestellt werden, nicht erfüllt. Das Gegeneinanderschalten
der Stufengruppen erfolgt durch entsprechende Veränderung des Anschlusses der Schaltfunkenstrecken
einer Stufengruppe. In einer anderen Ausführungsform des Iwanov-Generatore erfolgt
dies durch Kreuzung der Ladespannungszuführung in halber Höhle des Generators0 Diesen
Schaltungen sind jedoch mehrere Nachteile eigen insofern, als beim Zünden der Schaltfunkenstrecken,
beginnend mit der untersten Stufe, ein praktisch ungedämpfter Spannungsaufbau bis
zur halben Höhe des Generators erfolgt. Bei diesem sehr schnell ablaufenden Vorgang
machen sich die stets unerwünschten Erdkapazitäten besonders störend bemerkbar und
verursachen einmal an der Erdungsklemme des Generators ein vom Erdpotential abweiohendes
Potential, zum anderen treten bedingt durch die Luftkapazität zum Generatorausgang
hin sehr störende Hochfrequenzschwingungen im Anfangsbereich der Prüfschaltspannungen
auf. außerdem entstehen in der oberen Generatorhälfte beim Zünden einer Schaltfunkenstrecke
an der nächstfolgenden Schaltfunkenstrecke Überspannungen, die der an dieser Funkenstrecke
bereits anliegenden Ladespannung entgegengerichtet sind. Dadurch wird das Durchzündverhalten
des Generators selbst bei Einsatz von Trigatrons, z.B. einer Dreielektrodenfunkenstecke,
erheblich verschlechtert.
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Außerdem bedingt das Schaltungsprinzip des Generators eine geradzahlige
Stufenanzahl und schließlich wird bei der Variante der Kreuzung der Ladespannungszuführung
in halber Höhe des Generators ein Teilbetrieb der Anlage sehr erschwert.
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Es ist Zweck der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik
bei verbesserter Meßgenauigkeit zu vermeiden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochspannungsgenerator
für schwingende Schaltspannungen zu schaffein, der aus einer Reihenschaltung mehrerer
Stufen besteht, die Kondensatorenbatterien, Drosselspulen, Schaltfunkenstrekken
und Widerstände enthalten. Dabei sind in jeder Stufe zwei Kondensatorenbatterien
vorhanden, an deren Verbindungspunkt eine Elektrode einer Schaltfunkenstrecke gelegt
ist, wahrend die andere Elektrode über eine Drosselspule am Ausgang einer der beiden
Kondensatorenbatterien liegt. Bei einem derartigen Hochspannungsgenerator besteht
die Aufgabe auch darin, neoen einem hohen Ausnutzungsg.rad des 1Iochspannungsgenerators
und einem Scheitelwertverhältnis der ersten beiden Schwingungen von ca. 0,8 zu erreichen,
daß Sjp-annungsstöße mit steiler Stirn bei der Entladung im Generator nur in der
Höhe der Ladespannung auftreten.
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Diese Aufgabe wird bei einem Hochspannungsgenerator der ein- -gange
genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen der zweiten Elektrode
der Schaltfunkenstrecke und dem Ausgang der verbleibenden Kondessatorenbatterie
eine Drosselspule und mindestens ein Widerstand liegen, wobei die Drosselspulen
und die ihnen zugeordneten Kondensatorenbatterien derart dimensioniert sind, daß
sie unterschiedliche Resonanzfrequenz aufweisen.
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Aus Gründen einer Modifikation der Kurvenform der Prüfschaltspannung
bestehen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung darin, in dem Kreis zweite Elektrode-Drosselspule
und erste Kondensat orenbatt erie entweder einem reellen Jid erstand in Reihe zu
schalten, wobei dessen Betrag kleiner als es Widerstandswertes des mit der zweiten
Kondensatorenbatterie verbundenen Widerstandes ist oder in dem genannten Kreis der
Drosselspule einen reellen Widerstand parallel zu selten und so zu dimensionieren,
daß die Dämpfung dieses Kreises
kleiner als 1/3 der Dämpfung des
Kreises mit der zweiten Kondensatorenbatterie ist.
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Zum Schutz der Kondensatorenbatterien sowie des Prüflings beim Prüflingsüberschlag
ist es günstig, daß mindestens eine Kondensatorenbatterie in Reihe mit einem reellen
Widerstand geschaltet ist.
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Anhand eines Ausführungsbeispieles und einer dazugehörigen Zeichnung
soll die Erfindung näher erläutert werden.
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In der Zeichnung zeigen: Figur 1: einen vierstufigen Hochspannungsgenerator
für schwingende Prüfschaltspannungen, wobei jede Stufe eine andere Ausführungsvariante
darstellt Figur 2: die Kurvenform einer schwingenden Prüfschaltspannung und ihre
Erzeugenden nach einem mehrstufigen Hochspannungsgenerator gemäß Figur 1, Stufe
II In Figur 1 sind verschiedene Ausführungsformen einer Stufe eines mehrstufigen
Hochspannungsgenerators für schwingende krüfschaltspannungen dargestellt. Das Wirkprinzip
der Schwingspannungserzeugung soll zunächst an Stufe I erläutert werden. Die Einspeisung
der Ladespannung - UL erfolgt über einen Ladewiderstand 1 auf die Kondensatorenbatterien
2; 3, die gleiche Kapazität aufweisen. Da die Einspeisung der Ladespannung - UL
am Verbindungspunkt der in Reihe liegenden Kondensatorenbatterien 2; 3 erfolgt,
ist deren Ladespannung einander entgegengerichtet.
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Jede Kondensatorebatterie 2; 3 bildet mit je einer zugehörigen Drosselspule
4 bzw. 5, die unterschiedliche Induktivität aufweisen, einen Schwingkreis. Beide
Schwingkreise sind durch eine Schaltfunkenstrecke 9 getrennt. Außerdem ist es zur
Erzeugung einer schwingenden Prüfschaltspannung uS unter Berücksichtigung eines
Scheitelwertverhältnisses der ersten beiden Scheitelwerte uS1 und uS2 von 0,8 -
uS2/uS1 - 0,9 notwendig, die beiden Schwingkreise einer Stufe unterschiedlich zu
dämpfen. Aus diesem Grunde ist der Drosselspule 5
ein ohmischer
Entladewiderstand 6 in Reihe geschaltet, so daß die in diese Schwingkreis entstehende
leilsoannung u2 wesentlich eher abklingt, als die Teilspannung U1, die in dem Schwingkreis
mit der Kondensatorenbatterie 2 und der Drosselspule 4 erzeugt wird. (s. auch Fig.
2) Auf diese Weise entstehen beim Zünden der Schaltfunkenstrekke 9 und damit des
gesamten Hochspannungsgenerators, der aus einer beliebigen An zahl gleichartiger
Stufen besteht, in jeder Stufe zwei schwingende Teilspannungen u1 und u2 unterschiedlicher
Anfangpolarität sowie verschiedener Resonanzfrequenz und Dämpfung. Das Verhältnis
der Dämpfung #2 der stark gedämpften Teilspannung u2 zur Kreisfrequenz #2 dieses
Schwingkreises #2/#2 soll ca. 0,5 betragen, wobei sich die Frequenzen f1 : f2 wie
2 : 1 verhalten. Die beiden Teilspannungen u1 und u2 werden in jeder Stufe zu einem
resultierenden schwingenden Spannungsverlauf superpositioniert, der seiner Form
nach exakt der Prüfschaltspannung uS des Hochspannungsgenerators entspricht, so
daß im Hochspannungsgenerator keine Teilspannungen mit steiler Stirn von höherem
Betrag als der der Ladespannung UL auftreten.
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Die Höhe der Prüfschaltspannung u5 kann durch Reiheschaltung der Stufen
entsprechender Anzahl in weitem Rahmen vaniinert werden. ebenfalls kann die Frequenz
der Prüfschaltspannung uS variiert werden0 In Stufe II ist zusätzlich der Kondensatorenbatterie
3 ein ohmischer Dämpfungswiderstand 7 zum Schutz der Kondensatorenbatterien 2;D
sowie eines nicht dargestellten Prüflings beim Prüflingsüberschlag in Reihe geschaltet.
bs ist auch möglich, beiden Kondensatorenbatterien 2; 3 je einen Dämpfungswiderstand
7 zuzuordnen, wie es in der Stufe IV gezeigt ist. Zur Beeinflussung der Kurvenform
der Prüfschaltspannung US ist es unter Beachtung bestimmter Dimensionierungsregeln
vorteilhaft, der Drosselspule 4 einen ohmschen Entladewiderstand 8 in Reihe oder
parallel zu schalten, wie dies in den Stufen III und IV erkennbar ist. Aus Gründen
der
notwendigen, unterschiedlichen Dämpfung in beiden Schwingkreisen entspricht der
Widerstandswert des in der Stufe III in Reihe mit der Drosselspule 4 liegenden Entladewiderstandes
8 c. 20% des Viiderstendswertes des Entladewiderstandes 6 in der gleichen Stufe.
Für die Stufe IV ist anzugeben, daß die durch den der Drosselspule 4 parallel geschalteten
Entladewiderstand 8 hervorgerufene Dämpfung dieses Kreises im Vergleich zur Dämpfung
des Kreises mit der Drosselspule 5 und dem Entladewiderstand 6 höchstens 30% betragt.
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Es ist natürlich auch möglich, die beiden Schwingkreise einer Stufe
zu vertauschen, wobei dann alle Stufen in dieser Weise verändert sind.
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In der Figur 1 sind die Mittel zum Zünden der Schaltfunkenstrecke
9 nicht dargestellt. Vorteilhaft ist die Verwendung von Triggerkondensatoren zwischen
je zwei benachbarten Stufen.
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Figur 2 zeigt den Verlauf einer schwingenden Prüfschaltspannung u5
= f (t) sowie die kurvenform der beiden Teilspannungen u1 und u2 für einen mehrstufigen
jLT Hochspannungsgenerator gemäß Figur 1, Stufe II. Die Prüfschaltspannung uS ist
dabei als auf die Ladespannung U und die Stufenzahl bezogene Größe u/n bil dargestellt.
Die Frequenz f2 der Teilspannung u2 beträgt 500 Hz, die Frequenz f1 der Teilspannungu1
wurde 1000 Hz gewählt. Für die stark gedämpfte Teilspannung u2 ergibt sich ein Verholtnis
von Dämpfung oFi zur Kreisfrequenz #2 von #2/#2 = 0,46 bzw. eine Dämpfung von d2
= 143o s '. Die äquivalenten Werte für die Teilspannung u1 sind #1/#1 = 0,016 bzw.
#1 = 100 S-1. Das Scheitelwerthältnis #uS2#/#uS1# der ersten beiden Scheitelwerte
der Prüfschaltspannung US beträgt 0,82. Der Ausnutzungsgrad # des Hochspannungsgenerators
beträgt ca. 1,3.
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Die besonderen Vorteile der erfindungsgemäßen lösung liegen vor allem
im einfachen Aufbau des Hochspannungsgenerators, wodurch in günstiger Weise ein
Teilbetrieb der Anlage ermöglicht wird, sowie in der Vermeidung erheblicher,sprunghaft
er Potentialanhebungen innerhalb des Hochspannungsgenerators bei dessen Zündung,
die bisher durch die Teilspannungen hervorgerufen werden0