DE3050371A1

DE3050371A1 - Pulse transformer with shock excitation

Info

Publication number: DE3050371A1
Application number: DE803050371A
Authority: DE
Inventors: E Abramyan
Original assignee: INST VYSOKIKH TEMPERATUR SSSR
Current assignee: INST VYSOKIKH TEMPERATUR SSSR
Priority date: 1980-05-05
Filing date: 1980-05-05
Publication date: 1982-06-03
Also published as: WO1981003254A1; FR2495853A1; GB2086162B; JPS57500539A; US4409492A; FR2495853B1; GB2086162A

Description

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Institut Vysokikh Temperatur Akademii Nauk SSSR

Moskau, UdSSR

Impulstransformator mit Stoßerregung

Die Erfindung betrifft einen Impulstransformator mit Stoßerregung und allgemein Speisequellen für Hochspannungsimpulse·.

Es ist ein Impulstransformator mit Stoßerregung bekannt, der eine Ladeeinrichtung, eine Kondensatorbatterie, eine Kommutlerüngseinrichtung, eine. Primär- und eine Sekundärwicklung enthält und eine Impulsspannung mit einer Amplitude von mehreren hundert Kilovolt und mit einer hohen Impulsfolgefrequenz (s. den SU-Urheberschein 224 712) erzeugt.

Ein derartiger Transformator weist jedoch eine geringe Eigenfrequenz und dementsprechend eine große Hochspannungsimpulsdauer (in der Regel von 10 bis 10 s) auf. Dies ist darauf zurückzuführen, daß zur Sicherung der Hochspannung an einer Stufe ein hohes Übersetzungsverhältnis, also eine große Windungszahl für die Sekundärwicklung, erforderlich ist. Das letztere führt zu einer Induktivitätserhöhung der Sekundärwicklung und also zu einer Minderung der Eigenfrequenz.

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Es ist auch ein Impulstransformator mit Stoßerregung bekannt, der eine Ladeeinrichtung, eine Primär- und eine Sekundärwicklung, einen Kondensator und eine Kommutierungseinrichtung im Primärstromkreis sowie einen zusätzlichen Ableiter im Sekundärstromkreis enthält, der den Anschluß einer Last (Beschleunigungsröhre) für eine kürzere Zeit und dementsprechend eine kleinere Hochspannungsimpulsdauer (bis zu 10 s) (s. den SU- Urheberschein 304 895) gewährleistet.

Die Impulsfolgefrequenz ist aber bei einem solchen Transformator wegen der Kompliziertheit der Arbeit des zusätzlichen Ableiters (für die gesamte Hochspannung) in einem Frequenzbetrieb begrenzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Impulstransformator mit Stoßerregung anzügeben, der eine sehr einfache schaltungstechnische Lösung aufweist und hierbei die Erzeugung von Hochspannungsimpulsen mit einer kurzen Dauer (bis zu 10 s) bei deren hoher Folgefrequenz (bis zu 10 Hz und darüber) sichert.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Impulstransformator mit Stoßerregung, der eine Primär- und eine Sekundärwicklung, einen Kondensator, eine Lade- und eine Kommutierungseinrichtung im Primärstromkreis enthält, gemäß der Erfindung mindestens zwei Stufen aufweist, von denen jede eine Primärwicklung mit einem Kondensator und einer Kommutierungseinrichtung und eine Sekundärwicklung einschließt, wobei die Sekundärwicklungen in Reihe liegen und in sämtlichen Stufen außer der letzteren als zwei gegeneinander isolierte Parallelleiter gewickelt sind, wo-

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bei in der ersten Stufe der eine an den Ausgang der Ladeeinrichtung angeschlossen und der andere geerdet ist, während in allen übrigen Stufen zwischen diesen Leitern Kondensatoren der Primärstromkreise parallel geschaltet sind.

Zweckmäßigerweise ist jede Stufe außer der ersten mit einer Zusätzwicklung zu versehen, die in den Nebenschluß mit der Kommutierungseinrichtung gelegt und mit der Sekundärwicklung der vorhergehenden benachbarten Stufe induktiv gekoppelt ist.

Der erfindungsgemäß ausgeführte Impulstransformator mit Stoßerregung gewährleistet die Erzeugung von Hochspannungsimpulsen mit einer Folgefrequenz bis' zu 10 Hz und darüber bei einer Impulsdauer von annähernd

10 s und bietet eine hohe Zuverlässigkeit bei einfächer Konstruktion.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Beschreibung deren konkreter Ausführungsbeispiele und beiliegender Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 · die elektrische Prinzipschaltung

eines Impulstransformators mit Stoßerregung, der sich aus zwei Stufen zusammensetzt;

Fig. 2 die elektrische Prinzipschaltung

eines Impulstransformators mit Stoßerregung, der sich aus drei Stufen zusammensetzt.

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Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform des Impulstransformators-enthält Primärwicklungen 1, 2, Sekundärwicklungen 3, 4, einen Kondensator 5 und eine Kommutierungseinrichtung 6 im Stromkreis der Primärwicklung 1i einen Kondensator 7 und eine Kommutierungseinrichtung 8 im Stromkreis der Primärwicklung 2 und (verteilte) Eigenkapazitäten 9 und 10 im Stromkreis der Sekundärwicklung 3 bzw. im Stromkreis der Sekundärwicklung 4. Zur Aufladung der Kondensatoren 5 und 7 enthält der Impulstransformator eine Ladeeinrichtung 11. Die Wicklungen 1, 3, der Kondensator 5, die Kapa-· zi-tät 9 und die Kommutierungseinrichtung 6 bilden eine erste Stufe, die Wicklungen 2, 4, der Kondensator 7, die Kapazität 10 und die Kommutierungseinrichtung 8 bilden eine zweite Stufe. Die Sekundärwicklungen 3, 4 der Stufen sind in Reihe geschaltet. Die Sekundärwicklung 3 ist mit zwei gegeneinander isolierten Parallelleitern gewickelt, wobei.in der ersten Stufe an einem Ende der Wicklung 3 der eine an die Ladeeinrichtung 11 angeschlossen und der andere geerdet ist und diese am anderen Ende der Wicklung 3 an die Beläge des Kondensators 7 angeschlossen sind. Die zweite Stufe enthält eine Zusatzwicklung 12, die zur Kommutierungseinrichtung 8 parallel geschaltet und mit der Sekundärwicklung 3 induktiv gekoppelt ist. Die Fig. 1 zeigt den Impulstransformator mit einer Last, hier mit einer Beschleunigungsröhre 13, die eine in einem Vakuumgefäß 14 angeordnete Kathode 15 und Elektroden 16, 16' enthält. Hierbei ist die Beschleunigungsröhre 13 zwischen dem Anfang "a" der Sekundärwicklung 3 der ersten Stufe und dem Ende der Sekundärwicklung 4 der zweiten Stufe geschaltet, weshalb die Spannung an der Last gleich einer Summenspannung an den Sekundärwicklungen 3, 4 der beiden Stufen ist.

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Zur Verbesserung der Verteilung der Hochspannung über der Beschleunigungsröhre 13 kann die Spannung der Zwischenelektrode 16' auch vom Ende "b" der Sekundärwicklung 3 der ersten Stufe zugeführt werden, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist.

In dem Augenblick, in dem an die Röhre 13 eine Hochspannung angelegt ist, wird in dieser ein Elektronenbündel 17 beschleunigt.

Die in Fig. 2 dargestellte Ausfühirungsform des Impulstransformators mit Stoßerregung enthält im Unter- ■ schied zu der in Fig. 1 wiedergegebenen Ausführüngsform eine weitere dritte Stufe, die eine Primär- und eine Sekundärwicklung 18 bzw. 19, einen Kondensator 20 und eine Kommutierungseinrichtung 21 im Stromkreis der Primärwicklung 18' und eine Eigenkapazität 22 im Stromkreis der Sekundärwicklung 19 einschließt. Die Sekundärwicklung 4 der zweiten Stufe ist in dieser Ausführüngsform ebenso wie die Sekundärwicklung 3 der ersten Stufe mit zwei gegeneinander isolierten Parallelleitern gewickelt, die an einem Ende der Wicklung. 4 in Reihe mit den Leitern der Wicklung 3 und am anderen"Ende der Wicklung 4 an die Beläge eines Kondensators 20 im Stromkreis der Primärwicklung 18 der dritten Stufe geschaltet sind. Die Sekundärwicklung 19 der letzteren dritten Stufe ist im konventionellen'Verfahren aus einem Leiter gewickelt und mit der Wicklung 4 in Reihe geschaltet. Die dritte Stufe enthält in Analogie zur zweiten Stufe eine Zusatzwicklung 23, die zur Kommutierungseinrichtung 21 parallel geschaltet und mit der Sekundärwicklung 4 der zweiten Stufe induktiv gekoppelt ist. Die Last - eine Beschleunigungsröhre 13 - hat im Falle eines dreistufigen Transformators zwei Zwischenelektroden 16' und 16", die am Ende der Sekundärwicklung 4 bzw. am Ende der Sekundär-

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wicklung 3 angeschlossen sind. Die Beschleunigungsröhre selbst ist aber zwischen dem Anfang der Wicklung 3 ' und dem Ende der Wicklung 19 geschaltet.

Die zweistufige Schaltung (Fig. 1) arbeitet wie ■ folgt. Die Kondensatoren 5 und 7 werden von der gemeinsamen Einrichtung 11 geladen. Hierbei wird zum Anschluß des Kondensators 7 an die Einrichtung 11 der Doppe.ldraht der Sekundärwicklung 3 verwendet. Die Kommutierungseinrichtung 6 weist Mittel für deren Einschalten zum vorgegebenen Zeitpunkt■auf. Als Kommutierungs- ■ einrichtungen 6 und 8 kommen Wasserstoffthyratrone, Trigatrone, Thyristoren und andere ähnliche Geräte in Frage. Die von der Ladeeinrichtung 11 dem während der Arbeitsimpulse unter Hochspannung stehenden Kondensator 7 zugeführte Energie kann zur Speisung des KathodenheiζStromkreises und anderer Bauelemente der Kommutierungseinrichtung 8 oder anderer Einrichtungen in der zweiten Stufe ausgenutzt werden.

Die Kondensatoren 5 und 7 werden von der Einrich-, tung 11 auf eine vorgegebene Spannung geladen. Dann wird die Kommutierungseinrichtung 6 eingeschaltet. Bei der Entladung des Kondensators 5 auf die Primärwicklung 1 wird in der Sekundärwicklung 3 eine Hochspannung induziert. Die Spannung wird auch in der Zusatzwicklung 12 induziert. Diese Spannung wird an die Kommutierungseinrichtung 8 der zweiten Stufe des Transformators angelegt und schaltet diesen ein. Dank der Gleichheit der Eigenfrequenzen der Primär- und Sekundärkreise der Primär- und Sekundärwicklungen in den beiden Transformatorstufen sowie dank hohen Übersetzungsverhältnissen wird ein großer Teil der Energie der Kondensatoren 5 und 7 in der zweiten und dritten Schwingungshalbperiode in die Kapazitäten 9 und 10 umgepumpt und

kann an eine Last - ein Elektronenbündel 17 - abgegeben werden.

Die dreistufige Schaltung (Fig. 2) arbeitet ähnlich. Von der Ladeeinrichtung 11 werden die Kondensatoren 5, 7 und 20 geladen; zu den vorgegebenen Zeitpunkten werden die Kommutierungseinrichtungen 6, 8 und 21 eingeschaltet.

Überhaupt wird die Auswahl der Stufenzahl in der Transformatorschaltung durch folgende Erwägungen bestimmt.

Die durch jede Stufe erzeugte Spannung wird durch die Spannung an deren Primärwicklung und durch das übersetzungsverhältnis bestimmt, das zur. Sicherung einer geringen Impulsdauer klein sein muß. In diesem Zusammenhang wird die Stufenzahl in der Transformatorschaltung durch eine Summenspannung bestimmt, die der gesamte Transformator zu generieren hat. So sind bei einer Spannung von 50 kV an den Primärwicklungen, einer er-

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wünschten Impulsdauer von 10 s und einem übersetzungsverhältnis gleich 4 zur Erhaltung einer Spannung von 1 MV fünf Stufen, zur Verfügung zu stellen.

Bei der Erfindung kann jede der Transformatorstufen eine kleine Windungszahl in der Primär- und Sekundärwicklung aufweisen, was es gestattet, die Eigenfrequenzen der Stromkreise der Stufen' und die Folgefrequenz zu erhöhen und die Hochspannungsimpulsdauer an den Sekundärwicklungen und an der Last (Beschleunigungsröhfe) zu verkürzen. Darüber hinaus kann der Schaltmoment für jede Transformatorstufe mit Hilfe der Kommutierungseinrichtungen 6, 8, 21 geregelt werden, was es beispielsweise erlaubt, eine Elektroneninjektion in die

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Beschleunigungsröhre zu verwirklichen, nachdem die Spannung an der Sekundärwicklung der vorhergehenden Stufe nahe dem Maximum geworden ist. In einer Reihe von Fällen ist es zweckmäßig, bei der letzten Transformatorstufe eine höhere Eigenfrequenz als bei der ersten zu haben, was es gestattet, einen kurzen Impuls des Elektronenbündels in der Nähe des Maximums der Spannung an den ersten Stufen zu bekommen. Infolgedessen kann die Energie der beschleunigten Elektronen beinahe konstant sein.

Der vorliegende Impulstransformator, kann zur Speisung von Beschleunigungsröhren und anderen Einrichtungen durch kurzzeitige Hochspannungsimpulse bei einer hohen Impulsfolgefrequenz verwendet werden.

Claims

Μ .) Impulstransformator mit Stoßerregung., der eine Primär' und eine Sekundärwicklung, einen Kondensator, eine Lade- und eine Kommutierungseinrichtung im Primärstromkreis enthält,

dadurch

gekennzeichnet ,

daß er mindestens zwei Stufen enthält, von denen jede eine Primärwicklung (1, 2, 18) mit einem Kondensator (5, 7, 20) und einer Kommutierungseinrichtung (6, 8, 21) und eine Sekundärwicklung (3, 4, 19) aufweist, wobei die Sekundärwicklungen (3, 4, 19) in Reihe liegen und in sämtlichen Stufen außer der letzteren als zwei gegeneinander isolierte Parallelleiter gewickelt sind, wobei in der ersten Stufe der ei^ne an den Ausgang der . Ladeeinrichtung (11) angeschlossen und der andere geerdet ist, während in allen übrigen Stufen zwischen diesen Leitern Kondensatoren (7, 20) der Stromkreise der Primärwicklungen (2, 18) parallel· geschaltet sind.
2. Impulstransformator mit Stoßerregung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß jede Stufe außer der ersten eine Zusatzwicklung (12, 23) enthält, die in den Nebenschluß mit der Kommutierungseinrichtung (8, 21) gelegt und mit der Sekundär-

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wicklung (3, 4) der vorhergehenden benachbarten Stufe induktiv gekoppelt ist.