Каскадный генератор

КАСКАДНЫЙ ГЕНЕРАТОР, содержащий секционированную компенсационную катушку индуктивности, подключенную к выходному каскаду генератора, и высоковольтный вывод, отличающийся тем, что, с целью повышения равномерности распределения напряжений по каскадам и уменьшения пульсаций его выходного напряжения, компенсирующая катушка состоит из двух последовательно соединенных секций, выполненных в виде обмоток на ферромагнитных сердечниках с возможностью плавной регулировки немагнитных зазоров, при этом точка соединения секций подключена к высоковольтному выводу.

Изобретение относится к ускорительной технике, в частности к источникам высокого напряжения типа каскадных генераторов, и может быть использовано для ускорителей заряженных частиц, для электронных микроскопов, для масс-спектрографов.
Известен каскадный генератор, выполненный по симметричной схеме умножения напряжения и собранный из конденсаторов и диодов.
Недостатком генератора является неравномерное распределение напряжений по каскадам, обусловленное наличие реактивного тока через паразитные емкости конструкции генератора. Кроме того, генератор имеет увеличенный уровень пульсаций высокого напряжения, возникающий из-за разброса значений рабочих емкостей конденсаторов каскадного генератора и неполной симметричности питающего трансформатора.
Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является каскадный генератор, содержащий секционированную компенсирующую катушку индуктивности, подключенную к выходному каскаду генератора, и высоковольтный вывод.
В данном конструкции распределение напряжений по каскадам источника высокого напряжения недостаточно равномерно, не полностью скомпенсирован входной реактивный ток генератора, выходное напряжение источника высокого напряжения имеет повышенный уровень пульсаций, что вызвано использованием в генераторе несимметричной схемы умножения напряжения.
Целью изобретения является повышение равномерности распределения напряжений по каскадам и уменьшение пульсаций его выходного напряжения.
Указанная цель достигается тем, что в каскадном генераторе, содержащем секционированную компенсирующую катушку индуктивности, подключенную к выходному каскаду генератора, и высоковольтный вывод, компенсирующая катушка состоит из двух последовательно соединенных секций, выполненных в виде обмоток на ферромагнитных сердечниках с возможностью плавной регулировки немагнитных зазоров, при этом точка соединения секций подключена к высоковольтному выводу.
Использование предлагаемой компенсирующей катушки позволяет полностью скомпенсировать реактивный ток через паразитные емкости каскадного генератора, отсимметрировать его схему и тем самым уменьшить пульсации выходного напряжения. Питание каскадного генератора при этом осуществляется от трансформатора меньших габаритов и мощности, что обуславливает меньшие габариты котла высокого давления, которые еще более уменьшаются за счет возможности исключения фильтра.
На чертеже изображена электрическая принципиальная схема и взаимодействие секций компенсирующей катушки индуктивности предлагаемого каскадного генератора.
Каскадный генератор состоит из диодов 1 и конденсаторов 2 однофазной двухполупериодной циклической схемы умножения напряжения, трансформатора 3 питания с отводом от середины вторичной обмотки и компенсирующей катушки 4, выполненной из двух секций и 6, содержащих соответственно N₁ и N₂ витков провода. Каждая секция представляет собой катушку, намотанную на ферромагнитном сердечнике 7. Оба ферромагнитных сердечника имеют немагнитный зазор ( ₁ или ₂ ) с возможностью плавного изменения его величины. Точка "0" соединения секций 5 и 6 подключена к нагрузке 8 генератора.
Работа предлагаемого каскадного генератора заключается в следующем.
При подаче напряжения питания на трансформатор 3 помимо реактивного тока, идущего по паразитным емкостям генератора от источника питания, появляется и реактивный ток, идущий через компенсирующую катушку 4, представляющую собой индуктивность. В зависимости от величины зазоров ₁ и ₂ значение индуктивности компенсирующей катушки может меняться, а следовательно, изменяется и величина идущего через индуктивность тока, в результате чего появляется возможность точной настройки каскадного генератора в резонанс на частоту питающего каскадный генератор трансформатора. Реактивные токи при этом взаимно компенсируются, распределение напряжений по каскадам генератора приближается к оптимальному.
Так как компенсирующая катушка 4 подключена к выходным клеммам колонн конденсаторов каскадного генератора, на этой катушке действует переменное напряжение, равное практически напряжению питающего трансформатора 3. Приложенное к компенсирующей катушке напряжение делится на напряжения U₁ и U₂, пропорциональные индуктивности секций 5 и 6 катушки 4. Значение индуктивности секции 5 определяется величиной немагнитного зазора ₁ и количеством витков
N₁:L₅= где S сечение стержня магнитопровода;
_o- магнитная проницаемость вакуума.
Значение индуктивности секции 6 определяется величиной немагнитного зазора ₂ и количеством витков
N₂:L₆=
Таким образом, в зависимости от сочетания величин зазоров ₁ и ₂ можно добиваться изменения соответствующих напряжений U₁ и U₂, не изменяя при этом общего значения индуктивности компенсирующей катушки. В частности, можно настроить компенсирующую катушку так, что , при этом переменное напряжение, вызванное несимметричностью обмоток трансформатора и разбросом значений емкостей генератора на выходе "0", не возникает, что приводит к уменьшению пульсаций выходного напряжения каскадного генератора.
Предлагаемый каскадный генератор, сохраняя свойственную прототипу возможность достигать компенсации реактивного тока генератора, позволяет достигать этого с гораздо большей точностью, независимо от разброса паразитных емкостей. Тем самым повышается равномерность распределения напряжения по каскадам генератора и уменьшаются пульсации его выходного напряжения. Помимо этого, отпадает необходимость в дополнительном фильтре, уменьшающем переменную составляющую выходного напряжения, при этом упрощается конструкция каскадного генератора.