DE3125240A1

DE3125240A1 - Gleichhochspannungsgenerator

Info

Publication number: DE3125240A1
Application number: DE19813125240
Authority: DE
Inventors: Shuhei Shiga Furuichi; Toshiaki Yahata Ikeda; Masakazu Kyoto Suzuki
Original assignee: J Morita Manufaturing Corp
Current assignee: J Morita Manufaturing Corp
Priority date: 1980-06-27
Filing date: 1981-06-26
Publication date: 1982-03-18
Also published as: DE3125240C2; FI811990L; FI74559C; JPS6249825B2; US4443843A; FI74559B; JPS5713972A

Description

PAF 1072

Kabushiki Kaisha Morita Seisakusho 680 Higashihama Minami-machi, Fushimi-ku, Kyoto-shi, Japan

Gleichhochspannungsgenerator

Die Erfindung betrifft einen Gleichhochspannungsgenerator zur Beaufschlagung einer Last mit einer stabilen Gleichhochspannung.

Es wurden bereits verschiedene Arten von Hochspannungsgeneratoren vorgeschlagen'. Bei den meisten bekannten Vorrichtungen wird eine Netzspannung mittels eines Hochspannungstransformators hochtransformiert und dann gleichgerichtet. Die auf diese Weise erhaltene Gleichhochspannung wird der Last zugeführt. Ein derartiger Generator weist in den mei·* sten Fällen einen lamellierten Eisenkern und einen großen Glättungskondensator auf, was zu Anordnungen mit großen Abmessungen und hohem Gewicht führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gleichhochspannungsgönerator zu schaffen, der kompakt aufgebaut und einfach zu warten ist und der sowohl hervorragende Isolationseigenschaften als auch einen hohen Wirkungsgrad hat.

Ausgehend von einem Gleichhochspannungsgenerator mit einer Hochspannungstransformatorschaltung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Hochspannungstransformatorschaltung einen Transformator mit steuerbarem variablem magnetischem Nebenfluß und kapazitive Spannungsvervielfacherschaltungen aufweist, die an die Sekundärseite des Transformators angeschlossen und gesondert zu beiden Seiten des Transformators angeordnet sind, daß die Hochspannungstransformatorschaltung auf einer Grundplatte sitzt, die in ein die Hochspannungstransformatorschaltung aufnehmendes Gehäuse frei hineinschiebbar bzw. aus diesem Gehäuse herausziehbar ist, daß die Spannungsvervielfacherschaltungen aus einer Mehrzahl von Kondensatoren aufgebaut sind, die gegeneinander isoliert und in übereinanderliegenden Lagen mittels Dioden untereinander verbunden sind, sowie daß die eine der Spannungsvervielfacherschaltungen für die Erzeugung von positiver Hochspannung durch Spannungsvervielfachung mit Massepotential als Bezugspotential und die andere der Spannungsvervielfacherschaltungen für die

Erzeugung von negativer Hochspannung durch Mehrfach-Spannungsabsenkung mit Massepotential als Bezugspotential ausgelegt ist.

Die Erfindung ist im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 teilweise im Längsschnitt eine

Frontansicht des Gesamtaufbaus eines Gleichhochspannungsgenerators gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Generator

nach Fig. 1,

Fig. 3 teilweise im Längsschnitt eine

Frontansicht des Gesamtaufbaus einer zweiten Ausführungsform ' "des Gleichhochspannungsgenerators,

Fig. 4 eine Draufsicht auf den Generator

nach Fig. 3, und

Fig. 5 eine elektrische Ersatzschal

tung des Gleichhochspannungsgenerators.

Der in Fig. 1 veranschaulichte Gleichhochspannungsgenerator dient der Versorgung einer Last L in Form eines Röntgenstrahlerzeugers mit Hochspannung. Der Generator weist eine Hochspannungstransformatorschaltung 1 mit einem Transformator 2 mit steuerbarem variablem magnetischem Nebenfluß und zwei kapazitive Spannungsvervielfacherschaltungen 3 auf, die mit der Sekundärse,ite des Transformators 2 verbunden sind. Die Hochspannyngstransformatorschaltung 1 ist auf einer Grundplatte 5 lösbar angeordnet, die in ein Gehäuse 4 frei hineinschiebbar und aus diesem Gehäuse herausziehbar ist. Die Fign. 1 und 2 zeigen eine erste Ausfuhrungsform des Transformators 2, während eine zweite Ausfuhrungsform des Transformators in den Fign. 3 und 4 dargestellt ist. Die Spannungsvervielfacherschaltungen 3 sitzen auf der rechten bzw. der linken Seite des Transformators 2. Der Transformator 2 und die Spannungsvervielfacherschaltungen 3 sind an der Grundplatte 5 über Schrauben 200 bzw. Stehbolzen 302 lösbar befestigt.

Die Spannungsvervielfacherschaltungen 3 bestehen aus drei Kondensatorengruppen 31 und zwei Diodengruppen 32. Die drei Kondensatorengruppen 31 sind jeweils aus Kondensatoren 300 aufgebaut, die lagenweise Ubereinandersitzen und durch säulenförmige Abstandshalter 301 voneinander getrennt sind, an denen Zuleitungen angebracht sind. Die Kondensatoren 300 der Kondensatorengruppen 31 sind Über Dioden 303 der beiden Diodengruppen 32 in Kaskade geschaltet.

Die für die kapazitive Spannungsvervielfacherschaltung 3 typische Schaltungsauslegung ist unter dem Namen Cockcroft-Walton-Schaltung bekannt. Die beiden Spannungs vervielfacherschaltungen 3 sind gleich aufgebaut, jedoch in Abhängigkeit von ihrem Anschluß an die Sekundärwicklungsseite N2 des Transformators 2 in eine.n positiven Spannungsteil und einen negativen Spannungsteil unterteilt, d.h. sie erzeugen durch Spannungsvervielfachung eine positive Hochspannung und eine negative Hochspannung mit Massepotential als Bezugspotential.

Der obere Anschluß des positiven Spannungsteils _uncj obere Anschluß des negativen Spannungsteils der Spannungsvervielfacherschaltungen 3 sind mit dem positiven bzw. dem negativen Anschluß der Last L, im veranschaulichten Aus-

f Uhtfungsbaeispiel einer Röntgenstrahlröhre, verbunden. Es versteht sich jedoch, daß vorliegend als Last nicht nur Röntgenstrahlenröhren, sondern auch beliebige andere Lasten·, beispielsweise ein Elektronenmikroskop, eine Zerstäubungsvorrichtung oder dergleichen, in Betracht kommen. Die isolierende Grundplatte 5 ist mit darauf lösbar montierter Hochspannungstransformatorschaltung 1 in Nuten 5¹ im Bereich des unteren Teils von Seitenwänden des Gehäuses 4 so eingesetzt, daß die Schaltung 1 in das Gehäuse frei hineingeschoben und aus diesem herausgezogen werden kann. Die Primärwicklung N, des Transformators 2 ist mit einer in den Fign. 1 und 2 nicht veranschaulichten Stromquelle verbunden. Die Sekundärwicklung Hj ist an den positiven und den negativen Teil der Spannungsvervielfdcherschaltung 3 angeschlossen. Steuerwicklungen NCi und NC« beeinflussen' die von der Sekundärwicklung N2 des Transformators 2 erzeugte induzierte elektromotorische Kraft; sie beeinflussen die der Last zugeführte Spannung durch Vergrößern und Verkleinern eines magnetischen Flusses, der die Sekundärwicklung N£ rechtwinklig kreuzt, wenn dem Transformator 2 Steuerwicklungsstrom zugeführt wird. Transformatoren mit va- ' riablem magnetischem Nebenfluß, die sich für die vorliegenden Zwecke eignen, sind' in der prioritätsgleichen Anmeldung derselben Anmelderin: vom gleichen Anmeldetag

mit dem Titel "Gleichhochspannungsversorgungsvorrichtung" (JA-Prioritat vom 27. Juni.1980 aus der japanischen Patentanmeldung 88057/1980) näher erläutert.

Die Fign. 3 und 4 zeigen eine weiter^ Ausführungsform, bei der ein mit T-förmigen Kernen 21 versehener Transformator 2 in der in Fig. 3 veranschaulichten Weise montiert ist. Die Grundplatte 5 für den Transformator

2 ist dabei als Doppelplatte ausgelegt, d.h., sie umfaßt eine untere Grundplatte 51 ₁- auf welcher der Transformator 2 sitzt, und eine obere Grundplatte 52, auf der die kapazitiven Spannungsvervielfacherschaltungen

3 lösbar montiert sind, die den gleichen Aufbau wie bei der ersten AusfUhrungsform haben. Der mit T-förmigem Kern versehene Transformator 2 ist auf der Grundplatte 51 so montiert, daß die Steuerwicklungsseite des Transformators nach unten weist. Die Grundplatte 52 ist im mittleren Bereich mit einer öffnung 54 versehen, durch die die Sekundärwicklungsseite des Transformators 2 hindurchreicht.

Die obere Grundplatte 52 und die untere Grundplatte 51, sind über Verbindungsplatten 53, untereinander verbunden. Die Seitenkanten der Grundplatten 51, 52 sitzen in Nuten 51' bzw. 52' im unteren Teil der Seitenwände 7 des Gehäuses 4.

Für eine Wartung und/oder Inspektion braucht daher, ebenso wie im Falle der ersten Ausführungsform, nur die zweifache Grundplatte 5 zusammen mit der Transformatorschaltung 1 aus dem Gehäuse herausgezogen zu werden. Die Wartung und die Inspektion gestalten sich dadurch besonders einfach. Insbesondere bei der zweiten Ausführungsform läßt sich selbst in Fällen eines relativ groß bemessenen Transformators mit variablem magnetischem Nebenfluß der Transformator im Gehäuse auf kompakte Weise unterbringen. Die Leistung des Transformators kann daher ohne Vergrößerung der Gesamtabmessungen des Gerätes gegenüber der ersten Ausführungsform erhöht werden.

Entsprechend dem in Fig. 5 wiedergegebenen Ersatzschaltbild sind die kapazitiven Spannungsvervielfacherschaltungen 3 an die Sekundärseite des Transformators 2 mit variablem magnetischem Nebenfluß angeschlossen. Die sinusförmige Wechselspannung, die dadurch erhalten wird, daß die äquivalente Eingangskapazität der kapazitiven Spannungsvervielfacherschaltung 3 mit der sekundärseitigen äquivalenten Induktivität des Transformators 2 der Hochspannungstransformatorschaltung 1 in Resonanz gebracht wird, erfährt eine Vervielfachung und Glättung durch die Vervielfacherschaltung 3. Die auf. diese Weise gewonnene Gleichhochspannung wird der Last L zugeführt.

Bei der vorliegenden Anordnung kann die Last mit einer Spannung gespeist werden, die der sekundärseitigen Spannung multipliziert mit dem Q-Wert des Resonanzkreises entspricht, der von der äquivalenten Induktivität und der äquivalenten Kapazität gebildet wird. Auf diese Weise kann ein Gleichhochspannungsgenerator mit besonders hoher Leistungsfähigkeit aufgebaut werden.

Der Transformator 2 mit variablem magnetischem Nebenfluß wird benutzt, weil er es gestattet, die auf der Sekundärseite des Transformators 2 erzeugte elektromotorische Kraft frei zu beeinflussen, indem dem Transformator 2 Steuerwicklungsstrom zugeführt wird. Wenn ein Teil der Lastspannung erfaßt und der Steuerwicklungsstrom zurückgeführt und anhand des erfaßten Teils der Lastspannung geregelt wird, läßt sich die Lasi L mit einer besonders stabilen Gleichhochspannung beschicken. Dem kommt in der Praxis bei vielen Anwendungsfällen hohe Bedeutung'zu, beispielsweise wenn es sich bei der Last um eine Röntgenröhre handelt. Entsprechendes gilt für andere Lasten, die durch Versorgungsspannungsschwankungen Schaden leiden können.

Durch gesonderte Anordnung der kapazitiven Spannungsvervielfacherschaltungen auf der rechten und der linken Seite des Transformators mit variablem magnetischem Nebenfluß wird eine Unterteilung in einen positiven Spannungsteil

und einen negativen Spannungsteil möglich, wobei die Last mit der Potentialdifferenz zwischen beiden Teilen beaufschlagt werden kann. Die Isolationsmaßnahmen lassen sich auf diese Weise gegenüber herkömmlichen Anordnungen halbieren.

Die Kondensatoren der kapazitiven SpannungsvervielfacherSchaltungen sind auf der Grundplatte lagenweise montiert. Im positiven Spannungsteil wird die Hochspannung, die dem positiven Lastanschluß zugeht, mit Massepotential als Bezugspotential vervielfacht. Im negativen Spannungsteil erfolgt eine Mehrfachspannungsabsenkung mit Massepotential als Bezugspotential; die gewonnene Spannung wird dem negativen Lastanschluß zugeführt. Der Potentialgradient ist konstant.

Die Grundplatte, auf welcher der Transformator mit variablem magnetischem Nebenfluß und die kapazitiven Spannungsvervielfacherschaltungen lösbar befestigt sind, kann in das Gehäuse frei hineingeschoben bzw. aus diesem Gehäuse herausgezogen werden, wodurch sich Wartung und Inspektion besonders bequem durchführen lassen.

Wenn der Generator in Resonanz bei einer Resonanzfrequenz gebracht wird, die von der sekundärseitigen äquivalenten

** ^Μ ft Λ · * -ν ^ _Α

Induktivität des Transformators und der äquivalenten Eingangskapazi±ät der Spannungsvervielfacherschaltung bestimmt ist, kann die Last auf besonders wirkungsvolle Weise mit einer Gleichhochspannung beschickt werden.

Im Resonanzbetrieb des Generators wird ferner der Ladestrom, der anfänglich beim Aufladen der kapazitiven Spannungsvervielfacherschaltungen erzeugt wird, ein sinusförmiger Strom. Selbst wenn daher als Eingangsspannungsquelle eine steilflankige Impulsquelle benutzt wird_# ist die Gefahr einer Beschädigung der Dioden aufgrund von Stoßströmen stark herabgesetzt. Die Lebensdauer des Generators ist insgesamt verlängert.

Claims

PATENTANWALT DIPL.-INC.* CERHA^D SCHWAN ELFENSTRASSE 32 . D.8000 MÜNCHEN 83 PAF 1072 Kabushiki Kaisha Morita Seisakusho 680 Higashihama Minami-machi, Fushimi-ku, Kyoto-shi, Japan Anspruch

1.) Gleichhochspannungsgenerator mit einer Hochspannungstransformatorschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungstransformatorschaltung (1) einen Transformator (2) mit steuerbarem variablem magnetischem Nebenfluß und kapazitive Spannungsvervielfacherschaltungen (3) aufweist, die an die Sekundärseite des Transformators angeschlossen und gesondert zu beiden Seiten des Transformators angeordnet sind, daß die Hochspannungstransformatorschaltung (1) auf einer Grundplatte (5, 51, 52) sitzt, die in ein die Hochspannungstransformatorschaltung (1) aufnehmendes Gehäuse (4) frei hineinschiebbar bzw. aus diesem Gehäuse herausziehbar ist, daß die Spannungsvervielfacherschaltungen (3) aus einer Mehrzahl von Kondensatoren (300) aufgebaut sind, die gegeneinander isoliert und

FERNSPRECHER: 089/601X039 · TELEX. 52 2589 dp* d · KABEL: ELECTfclCPATENT MÜNCHEN

in übereinanderliegenden Lagen mittels Dioden (303) untereinander verbunden sind, sowie daß die eine der Spannungsvervielfacherschaltungen (3) für die Erzeugung von positiver Hochspannung durch Spannungsver- ' vielfachung mit Massepotential <j1s Bezugspotential und die andere der Spannungsvervielfacherschaltungen (3) für die Erzeugung von negativer Hochspannung durch Mehrfachspannungsabsenkung mit Massepotential als Bezugspotential ausgelegt ist.