Каскадный умножитель напряжения
Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам высокого постоянного напряжения, и может быть использовано для питания ускорителей заряженных частиц для питания ускорителей заряженных частиц для экспериментальных приборов. Цель изобретения - повышение надежности и улучшение массогабаритных показателей. Устройство полностью защищено от любого вида аварий, происходящих при коротком замыкании в нагрузке, резком изменении входного и выходного напряжений. Осуществлено разделение всех секций 3 вторичной обмотки, совместно с соответствующими диодными выпрямительными схемами 4 на группы 7. Внутри групп 7 соединение схем 4 между собой последовательное и непосредственное, а соединение групп между собой выполнено через резисторы 8, величина сопротивления которых выбирается определенным образом. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам высокого постоянного напряжения, и может быть использовано для питания ускорителей заряженных частиц для экспериментальных приборов. Цель изобретения повышение надежности и улучшение массогабаритнх показателей. На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого устройства. Каскадный умножитель напряжения состоит из трансформатора 1, содержащего первичную обмотку 2 и разделенную на секции 3 вторичную обмотку, каждая секция при этом подключена к отдельной выпрямительной схеме 4. Совокупность секции 3, диодной выпрямительной схемы 4 и конструктивной емкости 5 относительно шины 6 заземления образует каскад выпрямления. Выпрямительные схемы и секции объединены в группы 7, причем внутри группы соединение выпрямительных схем между собой последовательное и непосредственное, соединение же групп между собой выполнено через резисторы 8. Выход последней группы подключен к выходному зажиму 9 каскадного умножителя напряжения. Каскадный умножитель напряжения работает следующим образом. При подаче напряжения питания на первичную обмотку 2 на каждой секции 3 высоковольтной обмотки индуцируется переменное напряжение. Это переменное напряжение выпрямляется диодной выпрямительной схемой 4, подключенной к соответствующей секции высоковольтной обмотки. Совокупность секции, диодной выпрямительной схемы и конструктивной емкости 5 (в частном случае это может быть емкость элементов высоковольтной конструкции, относящихся к соответствующей секции и выпрямительной схеме) образует отдельный каскад выпрямления. Выходное напряжение каскадного умножителя напряжения представляет собой сумму напряжений всех каскадов выпрямления. При работе каскадного умножителя напряжения внешних импульсных напряжений, подаваемых на его выход, нет. Возможные импульсные напряжения на выходе, а следовательно, и в элементах конструкции каскадного умножителя напряжения обусловлены изменением режима его работы. Таким изменением может быть, например, резкое изменение величины питающего напряжения, резкое изменение величины нагрузки. Наиболее опасным является режим отключения нагрузки. Действительно, при прохождении тока нагрузки через высоковольтную обмотку в магнитном поле индуктивности рассеяния каждой секции этой обмотки запасается энергия. При резком отключении нагрузки запасенная в магнитном поле индуктивности рассеяния секции энергия стремится поддерживать ток через эту секцию и ранее открытые диоды подключенной к данной секции выпрямительной схемы в прежнем направлении. Этот ток заряжает соответствующую конструктивную емкость выпрямительной схемы. Таким образом, за счет энергии магнитного поля напряжение на конструктивной емкости каждого каскада стремится увеличиться. Однако через конструктивную емкость каждого каскада, следующего за выходным, протекает и ток разряда индуктивности рассеяния секции высковольтной обмотки каскада, вышестоящего за рассматриваемым. Эти токи близки по величине, но противоположны по направлению. В результате тока, протекающего через конструктивную емкость любого, кроме выходного каскада, нет. Ситуация резко отличается от описанной для конструктивной емкости выходного каскада: отсутствие последующих каскадов обуславливает переход энергии магнитного поля индуктивности рассеяния выходного каскада в энергию электрического поля конструктивной емкости этого каскада. Процесс обмена энергиями происходит в элементах схемы этого каскада так, как будто остальные каскады отсутствуют. По окончании описанного процесса такой же процесс начинается в каскаде, предшествующему выходному и т.д. Вдоль высоковольтной структуры каскадного умножителя напряжения по направлению к шине заземления распространяется волна напряжения. При этом между элементами конструкции каждого каскада и шиной заземления возникают перенапряжения, по величине равные избыточному напряжению, обусловленному переходом энергии магнитного поля в энергию электрического поля конструктивной емкости данного каскада. Кратковременные перенапряжения возникают между элементами конструкции соседних каскадов. По достижении волной напряжения первого, ближайшего к шине 6 заземления каскада умножителя напряжения, все каскады переходят в режим холостого хода, при котором ток нагрузки равен нулю. Вследствие возросшего выпрямленного напряжения каскада начинается процесс подзаряда конструктивных емкостей: сумма напряжения на конструктивной емкости предшествующего каскада и выпрямленного напряжения данного каскада превышает напряжения данного каскада превышает напряжение на конструктивной емкости данного каскада. В результате эта емкость подзаряжается. Процесс перезаряда распространяется вдоль высоковольтной структуры каскадного умножителя напряжения по направлению к выходу. Напряжение на каждом каскаде, а следовательно, и на выходе каскадного умножителя напряжения возрастает. Возрастают и связанные с этим избыточные напряжения на элементах высоковольтной конструкции. Если выбрать величину падения напряжения на активных резисторах равной возрастанию напряжения при отключении нагрузки, то в любом случае максимальное напряжение на выходе каскадного умножителя напряжения не превысит его напряжения в ненагруженном состоянии, т.е. величину Uхвых. Условием этого является включение суммарного сопротивления, равного R 
1
+ 
где L индуктивность рассеяния секции обмотки; С конструктивная емкость выпрямительной схемы; Iмакс максимально возможное значение тока нагрузки; Ux выходное напряжение ненагруженного каскадного умножителя напряжения; Uн выходное напряжение нагруженного устройства. В частности, в случае возможного короткого замыкания нагрузки каскадного умножителя напряжения необходимо последовательно со схемами выпрямления наличие резисторов с сопротивлением, равным R 2
Эта величина является максимальной, необходимой для полной защиты каскадного умножителя напряжения при любых авариях. Распределение резисторов по группам уменьшает и напряжения, действующие между элементами конструкции соседних каскадов выпрямления.
Формула изобретения
1. КАСКАДНЫЙ УМНОЖИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий трансформатор, высоковольтная обмотка которого разделена на секции, каждая из которых подключена к диодной выпрямительной схеме, а также резисторы, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и улучшения массогабаритных показателей, все секции высоковольтной обсотки с соответствующими диодными схемами разделены на группы, в которых выпрямительные схемы соединены между собой последовательно непосредственно, а группы соединены между собой последовательно через указанные резисторы, причем величина сопротивления резисторов определяется из соотношения
где Uн выходное напряжение нагруженного устройства;
n общее количество резисторов;
I максимально возможное значение тока нагрузки;
L индуктивность рассеяния секции высоковольтной обмотки;
C конструктивная емкость выпрямительной схемы относительно шины заземления;
Uх выходное напряжение ненагруженного каскадного умножителя напряжения. 2. Умножитель по п.1, отличающийся тем, что между первой группой выпрямительных схем и шиной заземления включен резистор.
РИСУНКИ
Рисунок 1MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 36-2000
Извещение опубликовано: 27.12.2000
