FI74559B - Hoegspaenningsgenerator foer likstroem. - Google Patents

Description

74559

Suurjannitetasavirtageneraattori

Esillä oleva keksintö kohdistuu suurjännitetasavirtageneraat-toriin, johon kuuluu alustalevyllä oleva suurjännitemuuntaja-virtapiiri, joka käsittää muuntajan ja kaksi kapasitiivista jännitteen moninkertaistamispiiriä, jotka on kytketty muuntajan toisiopuoleen ja sijoitettu erilleen toisistaan muuntajan molemmille puolille, ja joista kumpikin on rakennettu useista kondensaattoreista, jotka on eristetty toisistaan ja kytketty yhteen diodien välityksellä, jolloin toinen piireistä on sovitettu aikaansaamaan muuntajan vertailupotentiaaliin nähden positiivinen suurjännite.

Tällaista tyyppiä olevassa tunnetussa korkeajännitetasavirta-generaattorissa (vertaa hakemusjulkaisu DE-22 33 392) sijaitsevat kondensaattorit sivusuunnassa erillään johdinlevynä toteutetulla alustalevyllä, jolloin on järjestetty niin, että positiivinen ja negatiivinen potentiaali kasvaa alustalevyn keskiosasta sen molempia päätyalueita kohti.

Tämä lisäksi tunnetaan DE-hyödyllisyysmallista 1 863 675 röntgenlaitteille tarkoitettu kiertovirta-korkeajännitetasa-suuntausyksikkö, jossa kolmivaiheinen korkeajännitemuuntaja on yhdessä muiden rakenne-elementtien kanssa kiinnitetty kehykseen, joka on liitetty kotelon kanteen. Kehys voidaan siinä olevine rakenne-elementteineen työntää kotelon sisään sekä vetää kotelosta ulos.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on aikaansaada korkea-jännitesavirtageneraattori, jolla saavutetaan hyvien eristys-ominaisuuksien ja helpon koteloon asennuksen vastaavasti kotelosta purkamisen, ohella erityisen edullinen tilankäyttö.

74559 Tämä tehtävä ratkaistaan keksinnön mukaisesti tunnusmerkeillä, jotka ilmenevät oheisesta patenttivaatimuksesta 1.

Keksinnössä käytetään hyödyksi sitä seikkaa, että muuntaja on normaalisti olennaisesti korkeampi kuin kapasitiivisten jännitteen moninkertaistamiskytkentöjen kondensaattorit. Kun molempien jännitteen moninkertaistamispiirien kondensaattorit sijoitetaan päällekkäin kerroksina, tulee muuntajan kummallakin puolella oleva tila tehokkaasti hyväksi käytetyksi. Tällöin voidaan aikaansaada sellainen tilamuoto, jossa jännitteen moninkertaistamispiireillä ja muuntajalla on olennaisesti sama korkeusmitta. Kotelossa vältetään olennaisesti käyttämätön hukkatila. Tämä seikka tulee erikoisen merkittäväksi silloin, kun jännitteen moninkertaistamispiireissä on suhteellisen suuri kondensaattorimäärä. Eristysominaisuudet ovat vähintään yhtä hyvät kuin tunnetussa järjestelyssä, jossa kondensaattorit sijaitsevat vierekkäin. Sen kautta, että alustalevy voidaan työntää kotelon sisään sekä vetää siitä ulos, tulevat rakenne-elementit olemaan hyvin esillä asennusta, tarkastusta, huoltoa, korjausta tai vaihtoa varten.

Keksinnön muut edulliset suoritusmuodot ilmenevät epäitsenäisistä vaatimuksista. Vaatimuksen 2 mukaisella järjestelyllä voidaan lukuisia kondensaattoreita sijoittaa ahtaaseen tilaan. Vaatimuksen 3 mukaisella suoritusmuodolla on se etu, että myöskin T-muotoisen sydämen omaavaa muuntajaa käytettäessä voidaan jännitteen moninkertaistamispiirit asentaa tilaa säästävästi ja helposti luoksepäästäväksi.

Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin suoritusesimerk-kien muodossa ja viitaten oheisiin piirustuksiin.

Piirustuksissa kuvio 1 on pitkittäisleikkaus esittäen keksinnön mukaisen laitteiston yleisrakenteen, kuvio 2 on keksinnön mukaisen yleisrakenteen pöhjapiirroskaa-vio, 74559 kuvio 3 on pitkittäisleikkaus keksinnön erään toisen sovellu-tusmuodon yleisrakenteesta, kuvio 4 on kuvion 3 mukaisen yleisrakenteen pöhjapiiroskaavio ja kuvio 5 on keksinnön mukainen ekvivalenttinen sähkökytkentä-piiri.

Seuraavassa selostetaan keksinnön sovellutusmuotoja viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa: kuvio 1 on pitkittäisleikkaus esittäen yleisrakenteen keksinnön mukaisesta laitteistosta, jota käytetään suurjännitteen synnyttävänä virtapiirinä röntgensäteilylähdettä varten. Kuviossa viite 2 merkitsee hajakenttäsäätömuuntajaa ja viite 3 merkitsee kondensaattorityyppistä moninkertaisesti jännitettä korottavaa piiriä. Keksinnön mukainen laitteisto on konstruoitu siten, että kaksi kondensaattorityyppistä piiriä 3, 3 on kytketty hajakenttäsäätömuuntajän 2 toisiopuolelle, sijoittaen samalla suurjännitemuuntajapiiri irrotettavasti aluslevylle 5, joka on sovitettu siirrettäväksi koteloon 4 ja siitä pois. Hajakenttäsäätömuuntajia on olennaisesti kahta eri tyyppiä, joista ensimmäinen tyyppi on esitetty kuvioissa 1 ja 2 sekä toinen tyyppi kuvioissa 3 ja 4. Kuvio 1 esittää pitkittäisleikkauksen keksinnön mukaisen laitteiston yleisrakenteesta ja kuvio 2 on tämän rakenteen pöhjapiirroskaavio esittäen muodostetun suurjännitemuuntajapiirin. Kuvioissa viite 2 4 74559 merkitsee hajakenttäsäätömuuntajaa, ja moninkertaisesti jännitettä korottavat kondensaattorityyppiset piirit 3, 3 on sijoitettu vastaavasti muuntajan oikealle ja vasemmalle puolelle. Muuntaja 2 ja korotuspiirit 3, 3 on irrotettavasta kiinnitetty aluslevyyn 5 pulttien 2Q0 ja asetus-ruuvien 302 avulla.

Jännitettä korottavat piirit 3, 3 käsittävät kolme konden-saattoripylvästä 31 ja kaksi diodijärjestelmää 32. Mainitut kolme kondensaattoripylvästä 31 on rakennettu kondensaattoreista 300, jotka on liitetty toisiinsa päällekkäin kerroksittain ja joiden pylväsväleihin 310 johtimet on yhdistetty, Kondensaattoripylväät muodostavat kondensaattorit 300 on kaskadikytketty toisiinsa diodijärjestelmissä 32 olevien diodien 303 kautta.

Tyypillinen jännitettä korottava kondensaattoripiiri 2 tunnetaan nimellä Cockcroft-Walton-piiri. Keksinnön mukainen laitteisto on konstruoitu sisältämään piirin 2 suur-jännitetasavirtageneraattorissa. Mainitut kaksi konden-saattorityyppistä moninkertaisesti jännitettä korottavaa piiriä 3, 3 käsittävät kumpikin kondensaattoripylväät 31 ja diodijärjestelmät 32,jotka ovat kummassakin piirissä rakenteeltaan samanlaiset, mutta jotka on erotettu positiiviseksi jänniteosaksi ja negatiiviseksi jänniteosaksi riippuen siitä, miten korotuspiirit 3, 3 on kytketty haja-kenttäsäätömuuntajän toisiokäämeihin N2, ja jotka on konstruoitu sellaisiksi, että ne aikaansaavat positiivisen suurjännitteen ja negatiivisen suurjännitteen, jotka on moninkertaisesti korotettu pienemmästä arvosta suurempaan arvoon maanpotentiaalin ollessa perusarvona.

Jännitettä korottavien piirien 3, 3 positiivisen jännite-osan ylempi liitäntänapa ja negatiivisen jänniteosan ylempi liitäntänapa on yhdistetty vastaavasti kuormituslaitteen L positiiviseen ja negatiiviseen napaan. Esitetyssä sovel-

II

74559 5 lutusmuodossa kuormituslaitteena L on röntgenputki . On kuitenkin selvää, ettei keksinnönmukaisen generaattorin käyttöalue rajoitu röntgenputkeen, vaan sitä voidaan käyttää laajalla alueella, esimerkiksi elektronimikroskoopin, metallinruiskutuslaitteen tai sentapaisten käyttämiseen. Eristävä aluslevy 5, johon suurjännitemuuntajapiiri 1 on irrotettavasti asennettu, on sijoitettu kotelon sivusei-nämiin 7, 7 sopivaan paikkaan tehtyyn uraan 5' siten, että virtapiiri 1 voidaan vapaasti siirtää koteloon ja siitä pois. Hajakenttäsäätömuuntajan ensi.ökäämit Nl on yhdistetty sähkötehonlähteeseen (ei esitetty kuvioissa). Toisio-käämit N2 on yhdistetty kondensaattorikorotuspiirin 3 vastaavaan positiiviseen ja negatiiviseen osaan. Kontrolli-käämit Ncl ja Nc2 ohjaavat hajakenttäsäätömuuntajan 2 toi-siokäämien kehittämää sähkömotorista voimaa ja säätävät kuormituslaitteen syöttöjännitettä lisäämällä tai vähentämällä toisiokäämejä N2 kohtisuoraan leikkaavaa magneettista vuota syöttäessään kontrollikäämivirtaa hajakenttä-muuntajaan 2. Koska keksinnön tarkoituksena ei ole selostaa yksityiskohtaisesti hajakenttäsäätömuuntajan 2 periaatetta, tässä viitataan tämän patentin hakijan patenttihakemukseen FI-811991 , jossa periaate on tarkkaan selostettu.

Kuviot 3 ja 4 esittävät keksinnön toista sovellutusmuotoa. Kuvio 3 on pitkittäisleikkaus keksinnönmukaisen laitteiston yleisrakenteesta, ja kuvio 4 esittää tämän rakenteen poh-japiirroskaaviota kuvaten miten suurjännitemuuntajapiiri on sijoitettu. Kuten aikaisemmin on mainittu, tämä sovel-lutusmuoto eroaa ensimmäisestä sovellutusmuodosta hajakenttäsäätömuuntajan rakenteen suhteen. Tämä ero ilmenee verrattaessa kuvioissa 3 ja 4 esitettyä rakennetta kuvioissa 2 ja 3 esitettyyn rakenteeseen.

Toisessa sovellutusmuodossa käytetään nimittäin T-muotoi-sista sydämistä 21 kokoonpantua muuntajaa 2, kuten ilmenee 6 74559 kuviosta 3. Niinpä aluslevy 5 on kaksoisrakenteinen käsittäen alemman aluslevyn 51, jonka päälle muuntaja 2 on asennettu, ja ylemmän aluslevyn 52, jonka päälle samaa rakennetta kuin ensimmäisessä sovellutusmuodossa olevat konden-saattorityyppiset moninkertaisesti jännitettä korottavat piirit 3, 3 on irrotettavasti asennettu. Hajakenttäsäätö-muuntaja 2, jossa käytetään T-muotoista sydäntä, on asennettu aluslevylle 51 siten, että muuntajan kontrollikäämi-puoli on suunnattu alaspäin. Aluslevyn 52 keskelle on tehty aukko 54 muuntajan 2 toisiokäämipuolen läpäisyä varten.

Ylempi aluslevy 52 ja alempi aluslevy 51 on liitetty toisiinsa yhdistyslevyillä 53, 53. Sekä ylemmän levyn 52 että alemman levyn 51 molemmat sivureunat on sijoitettu vastaaviin uriin 52' ja 51', jotka sijaitsevat kotelon sivusei-nämien 7, 7 alaosassa.

Niinpä käyttäjän tarvitsee vain vetää ulos kaksoislevy 5 ja ottaa muuntajapiiri pois kotelosta, kun huolto ja tarkastus ovat tarpeen, siis samoin kuin ensimmäisen soyel-lutusmuodon tapauksessa, joten huolto ja tarkastus ovat erittäin helposti suoritettavissa. Erikoisesti kun muutoksia tehdään toiseen sovellutusmuotoon, vieläpä kun haja-kenttäsäätömuuntajän kokoa suurennetaan, muuntaja voidaan sijoittaa tiiviisti koteloon, niin että muuntajan kapasiteettia voidaan lisätä ensimmäisen sovellutusmuodon mukaiseen tyyppiin verrattuna.

Seuraavassa selostetaan periaate, miten suurjännitetasa-virta keksinnönmukaisesti aikaansaadaan, Ekvivalenttinen sähkövirtapiiri keksinnönmukaisen laitteiston käytön aikana on esitetty kuviossa 5. Tässä kuviossa viite 2 merkitsee hajakenttäsäätömuuntajaa, viite 3 kondensaattori-tyyppistä moninkertaisesti jännitettä korottavaa piiriä ja L kuormituslaitetta. Keksinnönmukaisen generaattorin suurjännitetasavirran aikaansaavan periaatteen mukaisesti kondensaattorityyppiset korotuspiirit 3, 3 on yhdistetty hajakenttäsäätömuuntajan 2 toisiopuolelle muodostaen siten

II

7 74559 suurjännitetasavirtamuuntajapiirin 1. Siniaaltovaihtovirta-jännite, joka on saatu saattamalla kondensaattorityyppisen korotuspiirin 3 ekvivalenttinen tulokapasitanssi resonanssiin hajakenttäsäätömuuntajan 2 toisiopuolen ekvivalentti-sen induktanssin kanssa, on moninkertaistettu ja tasoitettu korotuspiirissä 3, minkä jälkeen suurjännitetasavirta johdetaan kuormituslaitteeseen L, Tämän systeemin mukaan, koska tulee mahdolliseksi syöttää kuormituslaitetta toisiopuolen jännitteellä, joka on moninkertaistettu jyrkästi resonanssipiirin Q-kertaisella resonanssilla, ekvivalenttisen induktanssin ja ekviyalent-tisen kapasitanssin asetus tekee mahdolliseksi tehokkaan suurjännitetasavirtageneraattorin aikaansaamisen.

Hajakenttämuuntajän 2 käytön syynä on se, että tällöin muuntajan 2 toisiopuolelle syntyvä sähkömotorinen voima on vapaasti säädettävissä syöttämällä kontrollikäämivir-taa muuntajaan 2. Kun kuormitusjännitteen osan arvo todetaan ja kontrollikäämin virta syötetään takaisin sekä säädetään todetun jännitteenosan arvon avulla, stabiloitu suurjännitetasavirta voidaan aina syöttää kuormituslaitteeseen L.

Erikoisesti on syynä siihen, että kuormituslaitteeseen on aina syötettävä stabiloitua suurjännitetasavirtaa, röntgenputken käyttö kuormituslaitteena, jossa on erittäin tärkeää käyttää stabiloitua suurjännitetasavirtaa.

Niinpä tällaisen generaattorin käyttö takaisinkytkentä-säädön alaisena on erittäin edullista sellaiselle kuormi-tuslaitteelle, jota syöttötehon vaihtelut helposti vahingoittavat, Keksintö aikaansaa seuraavat edut: 1) Koska kondensaattorityyppiset moninkertaisesti jännitettä korottavat piirit on sijoitettu erilleen toisistaan hajakenttäsäätömuuntajan oikealle ja vasemmalle puolelle, piirit on vastaavasti erotettu positiiviseksi jän-niteosaksi ja negatiiviseksi jänniteosaksi, ja näiden 8 74559 kahden osan välinen potentiaaliero voidaan syöttää kuormi-tuslaitteeseen, minkä vuoksi eristeiden mitat voidaan vähentää puoleen tavanmukaisesta.

2) Kondensaattorityyppiset moninkertaisesti jännitettä korottavat piirit ovat rakennetta, jossa kondensaattorit on asennettu kerroksittain aluslevyn päälle, ja positiivisesta jänniteosasta suurjännite, joka on moninkertaisesti korotettu pienemmästä arvosta suurempaan arvoon maanpoten-tiaalin ollessa perusarvona, johdetaan kuormituslaitteen positiiviseen napaan, ja negatiivisesta jänniteosasta suurjännite, joka on alennettu pienemmästä arvosta suurempaan arvoon maanpotentiaalin ollessa perusarvona, johdetaan kuormituslaitteen negatiiviseen napaan, mistä johtuen potentiaaligradientti on vakio.

3) Aluslevy, johon hajakenttäsäätömuuntaja ja kondensaattorityyppiset korotuspiirit on irrotettavasti kiinnitetty, on konstruoitu sellaiseksi, että se voidaan vapaasti siirtää koteloon ja siitä pois, joten huolto ja tarkastus voidaan helposti suorittaa.

4) Kun keksinnönmukaista generaattoria käytetään saattamalla se resonanssiin resonanssitaajuudella, jonka ha-jakenttäsäätömuuntajan toisiopuolen ekvivalenttinen induktanssi ja kondensaattorityyppisen korotuspiirin ekvivalenttinen tulokapasitanssi määräävät, erittäin tehokas suurjännitetasavirta voidaan syöttää kuormituslaitteeseen.

5) Lisäksi, kun keksinnönmukaista generaattoria käytetään resonanssiolosuhteissa, kondensaattorityyppisten ko-rotuspiirien varauksen alussa syntyvä varausvirta tulee olemaan sininmuotoinen, ja niinpä vaikka jyrkästi nousevaa pulssitehoa käytetään tulotehona, diodien vahingoittuminen syöksyvirtojen johdosta jää hyvin vähäiseksi. Niinpä generaattorilla kokonaisuudessan on pitkä käyttöikä käyttäjän eduksi,

II

Claims (3)

1. Suurjännitetasavirtageneraattori, johon kuuluu alustale-vyllä (5) oleva suurjännitemuuntajavirtapiiri (1), joka käsittää muuntajan (2) ja kaksi kapasitiivista jännitteen monin-kertaistamispiiriä (3), jotka on kytketty muuntajan toisio-puoleen ja sijoitettu erilleen toisistaan muuntajan molemmille puolille, ja joista kumpikin on rakennettu useista kondensaattoreista (300), jotka on eristetty toisistaan ja kytketty yhteen diodien välityksellä, jolloin toinen piireistä (3) on sovitettu aikaansaamaan muuntajan (2) vertailupoten-tiaaliin nähden positiivinen suurjännite, ja toinen on sovitettu aikaansaamaan muuntajan (2) vertailupotentiaaliin nähden negatiivinen suurjännite, tunnettu siitä, että kummankin jännitteen moninkertaistamispiirin (3) kondensaattorit (300) ovat sovitetut päällekkäin ja että molemmat jännitteen moninkertaistamispiirit (3) sekä säädettävällä muuttuvalla magneettisella rinnakkaisvuolla varustettu muuntaja (2) ovat siten sovitetut alustalevylle (5, 51, 52), että alustalevy (5, 51, 52) on työnnettävissä suurjännitemuuntaja-jännitepiirin (1) sisältämän kotelon (4) sisään sekä vedettävissä siitä ulos.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen suurjännitetasavirtageneraattori, tunnettu siitä, että kumpikin molemmista jännitteen moninkertaistamispiireistä (3) käsittää kolme ryhmää pilarinmuotoisesti päällekkäin sovitettuja kondensaattoreita (300), jotka ovat erotetut toisistaan välike-elimillä (301) .

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen suurjännitetasavirtageneraattori , tunnettu siitä, että alustalevy (5) on toteutettu kaksoislevynä, joka käsittää alemman ja ylemmän levyn (51, 52), että muuntaja (2) omaa T-muotoisen sydämen (21) sekä on asennettu alemmalle levylle (51) niin, että siinä on alaspäin suunnattu, magneettista rinnakkaisvuota ohjaava ohjauskäämipuoli, että ylempi levy (52) on keskialueeltaan varustettu aukolla (54), jonka läpi muuntajan (2) toisiokää-mipuoli ulottuu, ja että jännitteen moninkertaistamispiirit (3) on sijoitettu ylemmälle levylle (52). 1 o Patentkrav 74559