Каскадный генератор
Изобретение относится к ускорительной технике, в частности к источникам высокого напряжения и может быть использовано для ускорителей заряженных частиц, электронных микроскопов, масс - спектрографов. Целью изобретения является повышение выходного напряжения каскадного генератора. Генератор содержит диоды 1, конденсаторы 2, включенные по однофазной двухполупериодной циклической схеме умножения напряжения, согласующий трансформатор 3, компенсирующую катушку 4 индуктивности, высоковольтный вывод 7. Для достижения поставленной цели в него дополнительно введены диоды 5 и защитный конденсатор 6. При этом выходное напряжение каскадного генератора возрастает больше, чем напряжение его пульсаций, которые по сравнению с прототипом уменьшены в два раза. 1 ил.
Изобретение относится к ускорительной технике в частности к источникам высокого напряжения, и может быть использовано для ускорителей заряженных частиц, для электронных микроскопов, для масс-спектрографов и является усовершенствованием основного изобретения по авт.св. N 1097172. Целью изобретения является повышение выходного напряжения каскадного генератора. На чертеже изображена электрическая схема каскадного генератора, питающегося от однофазной сети (m=2) с выходным напряжением положительной полярности. Каскадный генератор состоит из диодов 1 и зарядных колонн конденсаторов 2, включенных по однофазной двухполупериодной циклической схеме умножения напряжения, согласующего трансформатора 3, подключенного к схеме умножения напряжения, компенсирующей катушки 4 индуктивности, имеющей отвод от обмотки, и дополнительных диодов 5 с защитным конденсатором 6. Первые одноименные выводы дополнительных диодов 5 соединены с потенциальными выводами компенсирующей катушки 4 индуктивности, вторые одноименные выводы всех дополнительных диодов 5 соединены друг с другом и подключены к первому выводу защитного конденсатора 6 и к высоковольтному выводу 7 каскадного генератора, а второй вывод защитного конденсатора 6 соединен с отводом от обмотки компенсирующей катушки индуктивности. Предлагаемый каскадный генератор работает следующим образом. В установившемся режиме работы каскадного генератора между потенциальными выводами компенсирующей катушки 4 индуктивности действует переменное напряжение, практически равное переменному напряжению вторичной обмотки согласующего трансформатора 3. При этом защитный конденсатор 6 заряжается через дополнительные диоды 5 до напряжения, равного половине амплитудного значения, приложенного к компенсирующей катушки индуктивности переменного напряжения. Одним полюсом (на чертеже положительным) выпрямленное напряжение приложено к общей точке соединения вторых одноименных выводов всех дополнительных диодов 5. В случае пробоя нагрузки каскадного генератора заряженная до более высокого потенциала колонна конденсаторов 2 начинает разряжаться через соответствующий дополнительный диод 5 и сопротивление нагрузки. Как только напряжение между потенциальными выводами компенсирующей катушки станет равным нулю, обе зарядные колонны конденсаторов каскадного генератора начинают разряжаться через компенсирующую катушку индуктивности, защитный конденсатор 6 и сопротивление нагрузки. Напряжение на защитном конденсаторе 6 при этом уменьшается. Диоды 5 ограничивают напряжение между потенциальными выводами и отводом от обмотки компенсирующей катушки индуктивности на уровне напряжения, выделяемого на защитном конденсаторе. Данный процесс длится до тех пор, пока защитный конденсатор полностью не разрядится. С этого момента времени зарядные колонны конденсаторов каскадного генератора разряжаются через дополнительные диоды 5 и сопротивление нагрузки. Таким образом, независимо от стадии процесса пробоя изменение напряжения на компенсирующей катушке индуктивности не превышает напряжения, развиваемого на ней в номинальном режиме. Тем самым компенсирующая катушка индуктивности полностью защищена от импульсных перенапряжений, возникающих при пробоях в нагрузке. Так как максимальная величина перенапряжений, возникающих в элементах схемы умножения напряжения каскадного генератора, не может превышать перенапряжений, выделяемых на компенсирующей катушке индуктивности, то при применении данного каскадного генератора снижаются и перенапряжения в прочих элементах его высоковольтной конструкции. При использовании защиты элементов конструкции каскадного генератора посредством обычно применяемых для этой цели разрядников величина возникающих перенапряжений зависит от конструкции разрядников, от длительности возникающих аварийных ситуаций, от разброса параметров разрядников. Многочисленность и неконтролируемость параметров разрядников, их вероятностная природа работы обуславливают высокие значения возникающих перенапряжений и, как следствие этого, малую надежность работы элементов высоковольтной конструкции. В предлагаемом каскадном генераторе максимальная величина перенапряжений ограничена значением выпрямленного напряжения на защитном конденсаторе, которое не превышает половины напряжения, вырабатываемого одним каскадом схемы умножения напряжения. Тем самым повышается надежность защиты всех элементов высоковольтной конструкции каскадного генератора от импульсных перенапряжений. Кроме того, в предлагаемом каскадном генераторе напряжение на выходном зажиме больше напряжения на высоковольтном выводе известного каскадного генератора на величину выпрямленного напряжения, выделяемого на защитном конденсаторе, что эквивалентно уменьшению необходимого для получения заданного выходного напряжения количества каскадов схемы умножения напряжения. При этом отпадает необходимость использования специальной фильтровой колонны конденсаторов в каскадном генераторе с развязывающими диодами: функции фильтровой колонны играют емкости зарядных колонн, включенных параллельно и последовательно соединенных с защитным конденсатором. При достаточно большой емкости защитного конденсатора величина пульсаций напряжения на нем мала, внутреннее сопротивление схемы защиты также мало. Пульсации выходного напряжения в предлагаемом каскадном генераторе в сравнении с известным каскадным генератором в результате увеличиваются, возрастание выходного сопротивления генератора незначительно. Если емкость защитного конденсатора образована такими же емкостями, что применены для зарядных колонн конденсаторов, то относительное увеличение величины выходного напряжения и величины его пульсаций составят соответственно 
и 
где n число каскадов схемы умножения. Выходное напряжение каскадного генератора в этом случае возрастает больше, чем напряжение его пульсаций. Пульсации выходного напряжения в предлагаемом генератора по сравнению с этой же величиной в каскадном генераторе с развязывающими диодами и фильтровой колонной, подобной зарядной колонне, уменьшены как минимум в два раза при одинаковом количестве каскадов умножения. Каскадный генератор с выходным напряжением противоположной полярности работает аналогично. Единственным конструктивным отличием является изменение полярности включения дополнительных диодов 5 на обратную. Все процессы в случае аварийной ситуации происходит так, как описано выше для каскадного генератора с выходным напряжением положительной полярности, но полярность всех возникающих перенапряжений противоположна описанной.
Формула изобретения
КАСКАДНЫЙ ГЕНЕРАТОР по авт.св. N 1097172, отличающийся тем, что, с целью повышения выходного напряжения, в него введены дополнительные диоды и защитный конденсатор, при этом потенциальные выводы секционированной компенсирующей катушки индуктивности подключены к первым одноименным выводам соответствующих дополнительных диодов, вторые одноименные выводы всех дополнительных диодов соединены друг с другом и подключены к первому выводу защитного конденсатора и высоковольтному выводу каскадного генератора, а второй вывод защитного конденсатора соединен с точкой соединения секций компенсирующей катушки индуктивности.РИСУНКИ
Рисунок 1MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 06.04.1995
Извещение опубликовано: 10.10.2004 БИ: 28/2004
