DE881211C - Device for generating steep surge voltages - Google Patents
Device for generating steep surge voltagesInfo
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Description
Vorrichtung zur Erzeugung von steilen Stoßspannungen Zur Erzeugung von hohen Wech.selspannungsimpulsen kann man sich nach T e s l: a bekanntlich eines Kondensators, bedienen, der sich über die Primärwicklung eines eisenlosen Transformators und eine in Reihe mit dieser Wicklung geschaltete Funkstrecke entlädt. Hierbei bildet die Primärwicklung des Tesla-Transformators mit dem Kondensator und der Funkenstrecke einen gedämpften Schwingungskreis.Device for generating steep surge voltages For generating from high alternating voltage impulses one can, according to T e s l: a, as is well known, one Capacitor, use which is located over the primary winding of an ironless transformer and discharges a radio link connected in series with this winding. This forms the primary winding of the Tesla transformer with the capacitor and the spark gap a dampened oscillation circuit.
In der Praxis besteht heute jedoch selten oder nie das Bedürfnis, Hochspannungen in Form eines gedämpften Schwingungszuges zu erzeugen; dagegen benötigt man für viele Zwecke (Funkmeßgeräte, Röntgenblitzgeräte u. dgl.) steile, möglichst rechteckig verlaufende, einseitige Hochs.pannungsimpulse, sogenannte Stoßspannungen. Diese lassen sich in erster Annäherung durch die Halbwelle einer elektrischen Schwingung ersetzen und infolgedessen durch eine Anordnung der gekennzeichneten Art erzeugen, wenn man diese so abändert, daß deren primärer Schwingungskreis anbnähert aperiodisch abgedämpft ist.In practice, however, there is seldom or never a need today To generate high voltages in the form of a damped vibration train; against it needed for many purposes (radio measuring devices, X-ray flash devices, etc.) steep, if possible rectangular, one-sided high voltage pulses, so-called surge voltages. As a first approximation, these can be represented by the half-wave of an electrical oscillation replace and consequently produce by an arrangement of the type indicated, if one changes this in such a way that its primary oscillation circuit approaches aperiodically is dampened.
Im aperiodischen Grenzfall muß .der Dämpfungswiderstand eines Schwingungskreises bekanntlich den Wert besitzen. Da nun die erzielbaren Stoßspannungen offenbar um so größer werden, je höher man .die Stromstärken in der Primärwickl-üng des Transformators ansteigen läßt, d. h. je größer die Kapazität C und je kleiner der Grenzwiderstand R gewählt wird, muß ein Stoßspannungsgerät dieser Art um so günstiger arbeiten, je kleiner die Selbs,tn!duktion L wird.In the aperiodic limit case, the damping resistance of an oscillating circuit must, as is well known, be the value own. Since the surge voltages that can be achieved are obviously greater, the higher the currents in the primary winding of the transformer are allowed to rise, i.e. the larger the capacitance C and the smaller the limiting resistance R, a surge voltage device of this type must be the cheaper work, the smaller the self, the production L becomes.
Eingehende Untersuchungen haben ergeben, daß man von diesen Überlegungen ausgehend zu überraschend steilen und hohen Stoß-spannungen zu gelangen vermag, wenn man durch ferromagnetisch!e Führung des im Tesla-Transformators wirksamen Kraftfeldes sowie durch extrem induktionsarme Ausbildung aller übrigen Schaltungselemente und Leitungsführungen des angenähert aperiodisch abgedämpften Schwingungskreises die Entstehung von magnetischen Streufeldern dieses Kreises unterdrückt. Hierdurch wird- die Selbstinduktion des Kreises praktisch ausschließlich auf die wenigen Windungen der zur Kopplung mit dem Sekundärkreis. dienernden Primärspule des Tesla-Transformators beschränkt. Obwohl die Eigenfrequenz des Schwingungskreises einer- Tesla-Anordnung stets in der Größenordnung von io5 bis io8Hz liegt, kann diese Spule hierbei überraschenderweise mit einem roh unterteilten, also beispielsweise aus normalen Trunsformatorenblechen aufgebauten Eisenkern ausgerüstet werden, wenn man die Leitungsführung der Zuleitungen zu dieser Primärwicklung so wählt, daß diese Zuleitungen in allen nicht unmittelbar zur Kopplung mit dem Sekundärkreis dienenden Teilen den kleinsten, zur Vermeidung eines Isolationsdurchschlages zulässigen Abstand besitzen. Man erreicht dieses am besten, indem man die genannten- Zuleitungen nicht in der üblichen Weise senkrecht, sondern vielmehr parallel zur Achse des Wicklungsträgers aus dem Transformator herausfü@hrt.-Für ,die Funkenstrecke wird eine besonders streufeldarme Gestalt erreicht, wenn man sie als zylindrische Gleitfunkenstrecke oder symmetrische Plattenfunkenstrecke ausbildet und den einen Leiter axial durch diese Funkenstrecke hindurchfuhrt. Am -Kondensator wird die Entstehung eines Streufeldes dadurch arn, besten unterdrückt, daß man von den in üblicher -Weise auf gegenüberliegenden Stirnseiten aus dem Kondensator bzw. der Köndens-atörkette herausgeführten Zuleitungen .der Schwingkreiskapazität die eine unmittelbar; die andere über, einen die Schwing: kreiskapazität übergreifenden Käfig an die zugehörigen Elemente des Schwingkreises anschließt: Dieser Käfig schirmt gleichzeitig auch alle elektrischen ,Streufelder ab und kann zur Unterdrückung von.Funkstörungen. bei Bedarf auch über die Funkenstrecke mit hinweggezogen werden.Thorough research has shown that one of these considerations starting at surprisingly steep and high impulse voltages, if by ferromagnetic guidance of the force field effective in the Tesla transformer as well as through extremely low-induction training of all other circuit elements and The lines of the approximately aperiodically damped oscillation circuit The formation of magnetic stray fields in this circuit is suppressed. This will- the self-induction of the circle practically exclusively on the few turns the one for coupling with the secondary circuit. serving primary coil of the Tesla transformer limited. Although the natural frequency of the oscillation circuit of a Tesla arrangement is always in the order of magnitude of io5 to io8Hz, this coil can surprisingly here with a raw, subdivided one, for example from normal Trunformatorenbleche built-up iron core, if you look at the routing of the supply lines selects for this primary winding so that these leads are not direct in all the smallest parts for coupling with the secondary circuit, for avoidance an insulation breakdown have a permissible distance. This is achieved on best by not placing the above-mentioned supply lines vertically in the usual way, but rather, parallel to the axis of the winding support from the transformer ausfü@hrt.-Für , the spark gap is achieved with a particularly low stray field if one it is designed as a cylindrical sliding spark gap or symmetrical plate spark gap and one conductor passes axially through this spark gap. On the capacitor the formation of a stray field is best suppressed by the fact that one of the usual way on opposite end faces from the condenser or the supply lines led out of the Köndens atomic chain one immediately; the other over, one over the oscillating: overarching circular capacity Cage connects to the associated elements of the resonant circuit: This cage shields at the same time all electrical, stray fields and can be used to suppress radio interference. if necessary, can also be pulled over the spark gap.
Die Erfindung sei im, folgenden an Hand der Zeichnungen: ergänzend erläutert. Von diesen zeigt Fig. i in schematischer Darstellung 'eine erfindungsgemäß ausgestaltete Anordnung für die Erzeugung von Stoßspannungen mit einer Flanken-,ündenr herab, breite bis zu etwa io-s Sel-Fig._2 eine weiter _verbesserteAnordnung dieser Art für Stoßspannungen mit einer Flankenbreite von nu r etwa io--? Sekunden, Fig.3 .die Gestaltung des Käfigs für zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren sowie Fig.4 die Gestaltung des Käfigs für zwei parallel geschaltete Kondensatoren.The invention is in the following with reference to the drawings: supplementary explained. Of these, FIG. 1 shows a schematic representation of one according to the invention designed arrangement for the generation of surge voltages with a flank, ündernr down to about io-s Sel-Fig. 2 a further _improved arrangement of these Type for impulse voltages with a flank width of only about io--? Seconds, Fig. 3 . the design of the cage for two capacitors connected in series and Fig. 4 the design of the cage for two capacitors connected in parallel.
Gemäß Fig. i sind die an den Stirnseiten :des im Schnitt dargestellten Wickelkörpers überstehenden Belegungen .des Kondensators i mit den Blechscheiben 2 und 3 verlötet. Das Anschluß,blech 2 ist mit dem Käfig 4 verbunden, ider entweder aus einem den Kondensator umgebenden Topf öder beispielsweise auch drei symmetrisch zueinander am Kondensator hochgeführten Stäben oder Bändern bestehen kann. Das Anschlußblech 3 ist über den induktionsarmen Widerstand 5 unmittelbar mit dem einen Polader Funkenstrecke 6 verbunden. Das an den Käfig 4 angeschlossene Kabel 7 ist so -dicht wie möglich an der Funkenstrecke 6 vorübergeleitet und führt zur Primärspule 8 des Transformators, der mit einem lamellierten Eisenkern 9 ausgerüstet ist und dessen Sekundärspule io den Verbraucher i z speist.According to FIG. I, those on the end faces are: the one shown in section Winding body protruding assignments of the capacitor i with the sheet metal disks 2 and 3 soldered. The connection, sheet 2 is connected to the cage 4, either from a pot surrounding the capacitor or, for example, also three symmetrically may consist of rods or strips raised to one another on the capacitor. The connecting plate 3 is via the low-induction resistor 5 directly to the one pole core spark gap 6 connected. The cable 7 connected to the cage 4 is as tight as possible passed the spark gap 6 and leads to the primary coil 8 of the transformer, which is equipped with a laminated iron core 9 and its secondary coil io feeds the consumer i z.
Die Primärspule 8 besteht nur aus zwei Windungen und liegt auf einem Isolierrohr 12. Auf der -Innenseite dieses Isolierrohres 12 ist das Kabel 7 parallel zur Rohrachse c-b verlegt.- Ebenso liegt das: Rückleitungskabel 13 - parallel zur Rohrachse a-b in einer inneren Mantellinie dieses Isolierrohres 12, welche vom Kabel? nur den zur Verhütung von Durchschlägen erforderlichen Abstand d besitzt. Das Rückleitungskabel 13 ist rnit dem anderen Pol der symmetrischen Plattenfunkenstrecke 6 verbunden.The primary coil 8 consists of only two turns and lies on one Insulating tube 12. On the inside of this insulating tube 12, the cable 7 is parallel routed to the pipe axis c-b. This is also the case: return cable 13 - parallel to the Tube axis a-b in an inner surface line of this insulating tube 12, which of the cable? only has the distance d required to prevent breakdowns. The return cable 13 is connected to the other pole of the symmetrical plate spark gap 6.
Die Speisespannung, die von. einem Gleichrichter 14 geliefert wird, fließt dem. Kondensator i über die Wanderwellensperrwiderstände 15 und 16 zu. Die einzelnen Entladungen der Funkenstrecke werden in bekannter Weise durch eine Hilfsfunkenstrecke gezündet, die von dem einen Pol der Funkenstrecke 6 ,und der zentral durch diesen Pol hi.ndurcahgeführten, aus einer Zündspule 17 gespeisten Zündelektrode 18 gebildet wird. Der Zeitabstand zwischen den- einzelnen Zündungen ist dabei natürlich groß genug zu wählen, um zwischenzeitlich eine volle Wiederaufladung des Kondensators i aus der Spannungsqueltle 14 zu ermöglichen.The supply voltage derived from. a rectifier 14 is supplied, flows to the. Capacitor i via the traveling wave blocking resistors 15 and 16 to. the individual discharges of the spark gap are made in a known manner by an auxiliary spark gap ignited that of one pole of the spark gap 6, and the one centrally through this Pole rear-end-guided ignition electrode 18 fed from an ignition coil 17 is formed will. The time interval between the individual ignitions is of course large enough to choose to fully recharge the capacitor in the meantime i from the voltage source 14 to enable.
Die Spitzenstromstärken; die man bei der Entladung eines Kondensators i in einer solchen; angenähert auf den aperiodischen -Grenzfall. für den Schwingungskreis i, 6, 8 abgedämpften Anordnung erhält, werden offenbar um so größer, je kleiner man den Dämpfungswiderstand 5 bemessen kann. Es 'hat sich gezeigt, daß schon die kleinsten. Abweichungen vom parallelen Verlauf der beiden Kabel 7 und 13 genügen, um eine so stärke Erhähung des Dämpfungswiderstandes 5 zu erzwingen, daß sich ein sehr merklicher. Abfall der Ausgangsleistung ergibt. Je dichter man. dagegen die Kabel 7, 13 aneinander heranrückt und je sorgfaltiger man, auch an allen anderen -Stellen. die Entst,Aung von- magnetischen,-außerhalb des Eisenkernes 9 verlaufenden Streufeldern vermeidet, desto kleiner kann der Dämpfuhgswiderstand 5 bemessen werden. Man kann ihn sogar vollständig entbehren, wenn man entweder die erforderliche Dämpfung durch entspre:chen(d grobe Unterteilung des Transformatorkernes 9 ganz in das Eisen verl@eigt (was der Kopplung zwischen den Spulen und io zugute kommt), oder wenn man durch ganz oder teilweise konzentrische Leitungsführung auch die letzten magnetischen Streufelder unterdrückt.The peak currents; the one when discharging a capacitor i in such; approximated to the aperiodic limit. for the oscillation circuit i, 6, 8 damped arrangement is obviously the larger, the smaller the damping resistance 5 can be measured. It has been shown that the smallest. Deviations from the parallel course of the two cables 7 and 13 are sufficient, to force such a strong increase in the damping resistance 5 that a very noticeable. Output power drop results. The closer you get. on the other hand the Cables 7, 13 move closer to one another and the more carefully you do it, so do all the others -Place. the origin of magnetic, -trending outside of the iron core 9 Avoid stray fields, the smaller the damping resistance 5 can be dimensioned. You can even do it completely dispense with either the required attenuation by corresponding (d rough subdivision of the transformer core 9 completely in the iron (which benefits the coupling between the coils and io comes), or if you also use completely or partially concentric line routing the last magnetic stray fields are suppressed.
Eine Anordnung dieser Art mit zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren zeigt Fig. 2. -Die Kondensatoren 19, 20 sind durch den Stift 2i mitein.-ande r verbunden und werden von dem Käfig 22 umschlossen, der über die Ringscheibe 23 an das Rohr 24 angeschlossen ist. Das Rohr 24 läuft in den W olframrin.g 25 aus, in den der keramische Zylinder 2:6 eingespannt ist. Auf dem Kopf des keramischen Zylinders 26 sitzt 2der Wolframring 27, der mit dem Rohr 28 verbunden ist. Die Wolf=-ramringe 25 und 27 bilden dabei mit dem. keramischen Zylinder 26 eine Gleitfunkenstrecke, deren Zündung durch die in, den Zylinder 26 eingelassenen ringförmigen Zündelektroden 29 und 3o erfolgt, sobald diesen über die Kondensatoren; 3i, 32 aus dem Steuergerät 33 ein entsprechender Spannungsstoß zugeführt wird.An arrangement of this type with two capacitors connected in series, Fig. 2. -The capacitors 19, 20 are connected by the pin 2i mitein.-walls r and enclosed by the cage 22, which is connected to the tube 24 through the washer 23 is. The tube 24 ends in the tungsten ring 25, in which the ceramic cylinder 2: 6 is clamped. The tungsten ring 27, which is connected to the tube 28, is seated on the head of the ceramic cylinder 26. The Wolf = -ramrings 25 and 27 form with the. ceramic cylinder 26, a sliding spark gap, which is ignited by the ring-shaped ignition electrodes 29 and 3o embedded in the cylinder 26 as soon as it passes through the capacitors; 3i, 32 from the control unit 33 a corresponding voltage surge is supplied.
An den vom Verbindungsstift 21 abgewendeten Pol des Kondensators i9 ist das Kabel 3.4 an-01e@schlossen, welches durch das Rohr 2q., :den keramischen Zylinder 26 und das Rohr 28 hindurch zur Primärwicklung des Stoßtransformators 35 führt; die Rückleitung von der Primärwicklung zur Funkenstrecke erfolgt über das Rohr 28, welches das Kabel 34 umhüllt. Bei Anordnungen dieser Art wird der Wert .4 so klein, daß man auf die Eingliederung eines besonderen Dämpfungswiderstandes bei ausreichender Leistungsaufnahme des Verbrauchers völlig verzichten und infolgedessen schon mit KonJerisatoren von einigen Mikrofarad und Primärspannungen von io bis 2o kV selbst im angenähert aperiodischen Grenzfall noch Spitzenstromstärken von einigen zehntausend Ampere erhalten kann. Der ganze Entladungsvorgang läuft dabei innerhalb von etwa 2 - io-7 Sekunden ab, und da Zeitspannen von weniger als io-6 Sekunden bereits in der Größenordnung der Ausbreitungszeit des Magnetismus im Eisen liegen, bedient rn,an sich für Anordnungen, bei denen die Eigenfrequenz des Schwingkreises über o,ß - io6 Hz liegt, zweckmäßig eines E-förmigen Eisenkernes der dargestellt-en Art.The cable 3.4 is connected to the pole of the capacitor i9 facing away from the connecting pin 21 and leads through the pipe 2q.,: The ceramic cylinder 26 and the pipe 28 to the primary winding of the surge transformer 35; the return line from the primary winding to the spark gap takes place via the tube 28 which surrounds the cable 34. In arrangements of this type, the value .4 so small that the integration of a special damping resistor with sufficient power consumption of the consumer can be completely dispensed with and, as a result, peak currents of tens of thousands of amperes can be obtained even in the approximately aperiodic limit case with capacitors of a few microfarads and primary voltages of 10 to 20 kV. The entire discharge process takes place within about 2 - 10 -7 seconds, and since time spans of less than 10 -6 seconds are already in the order of magnitude of the propagation time of magnetism in iron, rn is used per se for arrangements in which the natural frequency of the oscillating circuit is above 0.16 Hz, expediently an E-shaped iron core of the type shown.
Ein Kondensator von o,i ßF speichert bei io ooo V Betriebsspannung bekanntlich die Energie von 5 Wattsec. Kommt :diese Energie in 2- 1o-7 Sekunden zur Wirkung, so werden in dieser Zeitspanne 25 ooo ooo W zur Entfaltung gebracht, von denen etwa die Hälfte, .d. h. rund 12 bis 15 MW, vom Verbraucher aufgenommen werden können, Einem Verbraucher von hohem Spannungs-und kleinem Strombedarf (Röntgenblitzröhre od. dgl.) können also bereits mit diesen überaus bescheidenen Mitteln Stoßspannungen von ioo bis iooo kV bei io bis ioo A Spitzenstrom, einem Verbraucher von kleinem Spannungs- und hohem Strombedarf, z. B. einer elektrischen Schweißmaschine, Momentanströme von bis z;u 5oo ooo A bei einigen Volt Spannung zugeführt werden.A capacitor of o, i ßF stores operating voltage at io, ooo V known to be the energy of 5 wattsec. Comes: this energy in 2- 1o-7 seconds to take effect, then 25,000,000 W are developed in this period of time, of which about half, .d. H. around 12 to 15 MW, consumed by the consumer A consumer with high voltage and low power requirements (X-ray flash tube or the like) surge voltages can already be generated with these extremely modest means from ioo to iooo kV with io to ioo A peak current, a consumer of small size Voltage and high current requirements, e.g. B. an electric welding machine, instantaneous currents of up to z; u 500,000 A at a voltage of a few volts.
Die Bedeutung der beschriebenen Käfiganordnung für den Kondensator i bzw. für die Kondensatorkette i9, 20 erkennt man aus Fig. 3, die .einen sc'lrematischen Schnitt durch einen Kondensator mit der Mittelbelegung B, den dielektrischen Schichten, D1 und Dz und den Außenbelegungen A1 und :Q2 sowie den Rückleiterkäfigstäben Ei und 112 wiedergibt. Die - beim Entladungsvorgang durch de,n Verschiebungsstrom im Dielektrikum geschlossenen Stromkreise werden offenbar in den Pfeilrichtungen vom Strom durchflossen und erzeugen daher einander entgegengesetzt gerichtete magnetische Streufelder, die sich, etwa im, Sinne der Wirkung bifilarer Wicklungen, nach außen hin gegenseitig praktisch aufheben. Hat der. Kondensator z. B. die Gestalt eines zylindrischen Wickelkörpers, so entsteht vielmehr nur innerhalb des vom Käfig umschlossenen Kondensatorraumes ein geschlossenes magnetisches Ringfeld. Ähnliche Verhältnisse erbeben sich für die konzentrischen Leitersysteme der Fig.2.The importance of the described cage arrangement for the capacitor i or for the capacitor chain i9, 20 can be seen from FIG. 3, the .eine schematic Section through a capacitor with center allocation B, the dielectric layers, D1 and Dz and the external assignments A1 and: Q2 as well as the return conductor cage bars Ei and 112 reproduces. The - during the discharge process by de, n displacement current im Closed dielectric circuits are apparently dated in the directions of the arrows Electricity flows through them and therefore generate oppositely directed magnetic Stray fields which, for example in the sense of the effect of bifilar windings, are directed outwards practically cancel each other out. Does the. Capacitor z. B. the shape of a cylindrical bobbin, it arises rather only within the area enclosed by the cage Capacitor space a closed magnetic ring field. Similar proportions tremble for the concentric ladder systems of Fig.2.
In der Praxis besteht oft das Bedürfnis, die Kapazität des Schwingungskreises nicht aus hintereinander geschalteten, sondern aus parallel geschlossenen Kondensatoren aufzubauen. In diesem Falle bedarf man dann zur Erzielung gleichwertig @er, die Unterdrückung aller äußeren magne@tisc'hen Störfelder gewährleistender Verhältnisse -eines Doppelkäfigs nach Art von Fig. 4. Der Kondensator 36 ist mit dem. Kondensator 37 durch ,den Stift 38 verbunden. An diesen Stift 38 ist der innere Käfig 39 angeschlossen, von dem die Zuleitung zum einen Pol der Funkenstrecke d.o führt. Die beiden anderen Belegungen .der Kondensatoren 36, 37 sind miteinander durch den äußeren Käfig .ti verbunden, an den das Rohr 4.2 angeschlossen ist. Dies führt zur Primärspule 43 des Stoßtransformators. Als Rückleitung vom Transformator dient das konzentrisch im Röhr 42 angeor,dnete Kabel, das an dem zweiten Pol der Funkenstrecke .4o liegt.In practice there is often a need to increase the capacity of the oscillation circuit not from capacitors connected in series, but from capacitors closed in parallel build up. In this case one then needs to achieve equivalent @er who Suppression of all external magnetic interference fields guaranteeing conditions -a double cage of the type of Fig. 4. The capacitor 36 is with the. capacitor 37 through, the pin 38 connected. The inner cage 39 is connected to this pin 38, from which the supply line leads to one pole of the spark gap d.o. The two others Allocations of the capacitors 36, 37 are interconnected by the outer cage .ti connected to which the pipe 4.2 is connected. This leads to the primary coil 43 of the surge transformer. This serves as a concentric return line from the transformer in the tube 42, the cable is located, which is at the second pole of the spark gap .4o.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEF1875D DE881211C (en) | 1944-08-04 | 1944-08-04 | Device for generating steep surge voltages |
Applications Claiming Priority (1)
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DEF1875D DE881211C (en) | 1944-08-04 | 1944-08-04 | Device for generating steep surge voltages |
Publications (1)
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DE881211C true DE881211C (en) | 1953-07-23 |
Family
ID=7083034
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DEF1875D Expired DE881211C (en) | 1944-08-04 | 1944-08-04 | Device for generating steep surge voltages |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE881211C (en) |
-
1944
- 1944-08-04 DE DEF1875D patent/DE881211C/en not_active Expired
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