Каскадный умножитель напряжения

 

ОП КСАН ИЕ

Союз Советских

Социалистических республик. .о. е э !., (1) 6 ХО (6a) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено30,03.76 (21) 2342212/21 с присоединением заявки № (23) Приоритет— (43) Опубликовано0 06,78.Бюллетень №2 1 (45) Дата опубликования описания М.05.Ц.

2 (б}) М. Кл.

Н 02 М 7/10

Гюаударственный намнтет

Саавта Инннатроа СССР но делам нзобретаннй н аткрытнй (53) УДК 621.314.54 (088,8) (T2) Авторы изобретения

Р. А, Ерошенко и Б. Б, Лебедев

Ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени институт электросварки имени E. О. Патона АН Украинской ССР (71) Заявитель (54) KACKAllHbIA УИНОЖИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к технике высоких напряжений и может быть применено в электрофизических установках, электронных микроскопах и ускорителях, в, частности оно предназначено для использования в качестве источника регулируемого в широких пределах высокого напряжения постоянного тока для питания электроннолучевых установок.

Известен радиочастотный регулируемый умножитель напряжения, содержащий модифицированный генератор. Эверхарта-Лоррейна на электровакуумных вентилях, генератор напряжения умножения с повышающим трансформатором и вспомогательные цепи для питания накалов вентилей, подключенные к двум генераторам напряжения накалов (I).

Однако отмечается зависимость токов накалой вентилей от величины выходного высокого напряжения; сложности схемы и ее настройки.

Наиболее близким по своей технической сущности является каскадный умнбжитель напряжения, содержащий генератор питания накалов, генератор напряжения умножения, выходные трансформаторы генераторов, накальные трансформаторы, дополнительную катушку индуктивности, включенные по каскадной схеме зарядные конденсаторы, злектровакуумные вентили, компенсирующую катушку индуктивности, разделительные дополнительные конденсаторы, а также цепи питания накалов вентилей (2).

Недостатками этого умножителя являются сложность схемы и значительный уровень вы сокочастотных пульсаций высокого напряжения.

Цель изобретения — упрощение умножителя и уменьшение уровня высокочастотных пульсаций.

Эта цель достигается тем; что в каскадном умножителе напряжения, содержащем генератор питания накалов, генератор напряжения умножения, выходные трансформаторы генераторов, накальные трансформаторы, дополни-. тельную катушку индуктнвности, включенные

IS по каскадной схеме зарядные конденсаторы, . а также .цепи питания накалов вентилей, в которыХ накальные и вспомогательные колонны, состоящие из последовательно включенных раэ делительных .конденсаторов, первичных обмоток накальных трансформаторов и дополнитель. ных конденсаторов, подключены через входные трансформаторы к генераторам напряжения накалов, выходы накальных колонн через дополнительные конденсаторы соединены со средней точкой компенсирующей катушки. и ндукти внос2S ти, а входы . накальных колонн подключены

6!0265 з ко вторичной обмотке выходного трансформатора генератора напряжения накалов, средняя точка которой заземлена, а средняя точка вторичной обмотки выходного трансформатора генератора напряжения умножения подключена к земле через дополнительную катушку нндуктивности.На фиг, 1 представлена структурная электрически Схема каскадного умножителя напряжения; на фиг. 2 — эквивалентная схема питания накальных цепей каскадного умножителя напряжения, На фиг. 1-Изображены; первый и последний каскады умиожителя напряжения, содержащего генератор 1 напряжения умножения, подключенный к первичной обмотке выходного трансформатора 2, вторичная обмотка которого подключена к схеме умножителя ЭверхартаЛоррейна, выполненного на электровакуумных вентилях 3-1 — 3-4, зарядных конденсаторах

4-1 — 4-3, 5-! и 5-2 и компенсирующей катушке индуктивности 6, Средняя точка компенсирующей катушки индуктивности 6 соединена с выходной шиной 7, а средняя точка втори ° ной обмотки повышающего трансформатора 2 заземлена через дополнительную катушку индуктивности 8. Генератор 9 питания накалов подключен к первичной обмотке выходного трансформатора 10, средняя точка вторичной обмотки которого заземлена, а выходные концы подключены к левой и правой накальным колоннам, состоящим иэ и одинаковых последовательно включенных каскадов.

В каждом каскаде разделительные конденсаторы !1-1 — 11-4 включены последовательно с первичной обмоткой накальных трансформаторов 12-1 — 12-4.

В левой накальной колонне вход первого каскада начинается с разделительного конденсатора Il-!, а вход правой накальной колонны — с накального трансформатора !2-2. Выходы накальных колонн через дополнительные конденсаторы 13-1, 13.2 соединены с шиной 7, В каждом каскаде каскадного умножителя напряжения вторичная обмотка накальных трансформаторов 12-1 — 12-4 подключены к накалам вентилей 3-1 — 3-4, В каждом каскаде каскадного умножителя между разделительными конденсаторами 11 ° 1 и 11-3 левой накальной колонны и зарядными конденсаторами 4-1 — 4-3, а также между. разделительными конденсаторами 11-2, 11-4 правой накальной колонны и зарядными конденсаторами 5 — 1 и 5-2 включены выравнивающие резисторы 14-! — 14-4.

На фиг. 2 представлена эквивалентная схема питания накальных цепей, каскадного умножителя. Генератор 9 питания накалов соединен с трансформатором 10, вторичная обмотка которого подключена к последовательным контурам А и B. Каждый из них является эквивалентом накальной колонны и состоит из эквивалентной емкости 5, эквивалентной индуктивности 16 и суммарного вносимого сопротивления 17 накальной колонны. Между шиной 7, к которой подключены эквиваленты обеих накальных колонн, и землей, включен последовательный контур С, состоящий из эк вивалентной емкости 18 схемы умножения напряжения, индуктивности 8 н сопротивления потерь 19, Средняя точка вторичной обмотки выходного трансформатора 10 заземлена, Каскадный умножитель напряжения работает следующим образом. !

Iапряжение высокой частоты генератора I через трансформатор 2 поступает на схему умножителя, выполненную на вентилях 3-1—

3-4, зарядных конденсаторах 4-1 — 4-3, 5-1 и 5-2 и компенсирующей катушке индуктивностн 6, Высокое напряжение постоянного тока снимается относительно земли со средней точки катушки 6 и поступает на шину 7. Средняя точка вторичной обмотки трансформатора 2 заземлена через дополнительную катушку индуктивности 8, Выравнивающий резистор !

4-1 — 14-4, включенный в каждом каскаде умножителя напряжения, обеспечивает равенство потенциалов между конденсаторами 1-!—

11-4 накальных колонн и конденсаторами 4-1—

4-3, 5-1, 5-2 умножителя напряжения. Высокое напряжение регулируется изменением режима работы генератора напряжения умножителя.

Рассмотрим работу цепей, обеспечивающих питание накалов вентилей умножителя напряжения, Анализ работы этих цепей проведен на примере эквивалентной схемы фиг. 2. В связи с тем, что частота генератора 9 питания накалов значительно больше частоты генератора, 1 напряжения умножения, схему умножения для -частоты генератора питания накалов з0 можно зам"енить эквивалентной емкостью 18, Эта емкость, включенная последовательно с дополнительной катушкой 8 и сопротивлением потерь 19, образует последовательный контур С включенный между шиной 7 и землей. Средняя точка вторичной обмотки выходного трансформатора 10 заземлена. В образованной двухконтурной схеме АС и ВС) полезная мощность генератора 9 выделяется на эквивалентных соротивлейиях 17 накальных колонн за счет контурных токов J и J,. В виду того, что

4О напряжения, приложенные к контурам АС и

ВС, равны по величине н противоположны по фазе, то результирующий ток, протекающий через последовательный контур С, в каждый момент времени равен разности амплитуд токов J, и Jq. Все три последовательных контура настроены в резонанс с частотой генератора 9 питания накалов, поэтому для этой частоты каждая ветвь двухконтурной (AC и ВС) схемы представляет активное сопротивление.

За счет того, что катушка 8 имеет высокую добротность, активное сопротивление контура

С вэ много раз меньше активного сопротивления контуров А и В. Напряжение на контуре

С, являющееся напряжением пульсаций. высокого напряжения с частотой генератора напряжения накалов, во много раз меньше на55 пряжения на накальных колоннах.

Таким образом, в таком каскадном умножителе напряжения питание накалов вентилей обеспечивается применением только двух накальных колонн, за счет протекания контурных токов через эти колонны и емкости схемы умножителя напряжения. Настройка цепей питания

Формула изобретений

Риз. к

1п4м14ПИ Заказ ЗОЗИ46 ТиРаж 892 Подписное

Филиаа ППП сПатентэ, г. Ужгород, ул. Проектная. 4 накалов вентилей производигся выбором величины конденсаторов 13-1, 13-2, обеспечивающих резонанс в ветвях контуров АС и Вс (фиг. 2). Уровень пульсаций высокого напряжения сводится к минимуму настройки кату цки 8. Уровень пульсаций с частотой умножения значительно уменьшен за счет подключения конденсаторов накальных колонн к выходной клемме умножителя.

Таким образом, данная схема питания накалов вентилей может успешно применяться в каскадных умножителях напряжения, выполненных по схеме Эверхарта-Лоррейна, симметричной и несимметричной Кокрофта-Уолтона.

Данная схема каскадного умножителя напряжения имеет меньшее количество элементов и устройств, так как в ней исключены вспомогательные колонны и уменьшено количество генераторов питания накалов. Кроме того, она имеет меньший уровень пульсаций высокого напряжения.

Каскадный умножитель напряжения, содержащий генератор питания накалов, генератор напряжения умножения, выходные трансформаторы генераторов, накальные трансформаторы, дополнительную катушку индуктивности,,6 включенные по каскадной схеме зарядные конденсаторы, электровакуумные вентили, компен-cHpynulyto катушку индукти в ности, разделительные и дополнительные конденсаторы, а также цепи питания накалов вентилей, в которых накальные и вспомогательные колонны, состоящие из последовательно включенных разделительных конденсаторов, первичных обмоток накальных трансформаторов и дополнительт4ых конденсаторов, подключены через входные трансформаторы к генераторам напряжении накз о лов, отличающийся тем, что, с целью упрощения умножителя и уменьшения уровня высокочастотных пульсаций, выходы накальных колонн через дополнительные конденсаторы соединены со средней точкой. компенсирующейкатушки индуктивности, а входы накальных колонн подключены ко вторичной обмотке выходного трансформатора генератора напряжения накалов, средняя точка которой заземлена, А средняя точка вторичной обмотки выходного трансформатора генератора напряжения умножения подключена к земле через дополнительную катушку индуктивности.

Источники информации, принятые во внимание прн экспертизе:

1. Патент США 2.820.340, кл. 321 — 15, 1958.

2. Авторское свидетельство СССР № 238334, кл. В 23 К 15/00, 1967.