Каскадный умножитель напряжения синдуктивной связью

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯ 1К АВТОИ:КОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ Союз Советскик Социалистических Республик(22) Заявлено 1604.79 (21) 2752964/24-07 (5)М. КЛ,с присоединением заявки Но -(23) Приоритет Н 01 Е 33/00 Государственный комитет СССР но делам изобретений(54) кАскАдныИ умнОжитель .нАпРяжения с индуктивной связью Изобретение относится к электротехнике и трансформаторным устройствам для формирования высокого постоянного напряжения, применяемым вэлектроннолучевой технологии.Известны каскадные умножителинапряжения с индуктивной связЬю, соб.ранные на основе пространственноготрехстержневого магнитопровода. Пер Овичная обмотка умножителя расположена по всей высоте стержней, вторичная обмотка состоит из катушек,расположенных соосно со стержнями.Схема выпрямления умножителя состоитиэ трехфазных мостов, питаемых отсекций вторичной обмотки 1Недостатком этого устройства является сложность изготовления в еди"ницф устройства на большое напряжение поскольку замкнутый магнитопро" 2 Овод заземлен. При этом вторичныекатушки приходится изолировать наполное напряжение по отношению к первичной обмотке и магнитопроводу, чтоусложняет конструкцию и увеличиваетпотребляемую вентильную реактивную .мощность,Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсякаскадный умножитель с последовательным питанием ступеней, содержащий 3-фаэный пространственный трансформатор с изолированным сердечником, состоящим из п-секций.Первичная обмотка, расположенная на стержнях, служит для возбуждения магнитного потока, сцепленного с ка" тушками вторичной обмотки, собранных на изолированных частях сердечника. При этом, отдельные секции магнитной системы трансформатора находятся под потенциалом средних точек вторичных обмоток каскада. Вторичные обмотки питают трехфазные мосты, соединенные последовательно и заземленные со стороны положительного полюса 2 . Недостатком этого устройства являются низкие энергетические показатели, высокий реактанс и ток холостого хода, что ограничивает выходную мощность умножителя напряжения, Увеличение тока холостого хода обусловлено прохождением магнитного потока в неферромагнитной среде, а увеличение реактанса - расположением первичной обмотки только на первой заземленной секции пространственного магнитопровода.При этом существенно возрастаетпадение напряжения в интервалах вентильной коммутации и внешняя характеристика устройства становится нелинейной и круто падающей.Цель изобретения - улучшение энергетических показателей каскадногоумножителя напряжения путем уменьшения потребления вентильной реактивной мощности.Поставленная цель достигается тем, Очто каскадный умножитель напряжения,содержащий пространственный стержневой магнитопровод, состоящий изи изолированных секций, несущих вторичные обмотки, подключенные к ипоследовательно соединенным выпрямительным мостам с заземленным полюсоми первичную обмотку, снабжен дополни-.тельными обмотками, соединенными взвезду, а секции стержневого сердечника снабжены ярмами, первичная обмотОка выполнена в виде цилиндрических катушек, расположенных концентрическимежду дополнительной обмоткой и вторичной обмоткой, а нейтраль каждойдоПолнительной обмотки гальваническисоединена с полюсом соответствующегомоста и сердечником.На фиг. 1 приведена принципиальная схема каскадного умножителя;на фиг, 2 - конструкция обмоток. рОУстройство состоит из и трансформаторных модулей, каждый из которыхсодержит первичную трехфазную обмотку 1, вторичную высоковольтнуюобмотку 2, дополнительную обмотку3 возбуждения и замкнутый стержневойпространственный сердечник 4. Вторичные обмотки подключены к выпрямительным мостам 5. Отрицательныйполюс каждого моста соединен снейтралью обмотки возбуждения и 4 Осердечником б. Последовательнаяцепочка выпрямительных мостов имеетвысоковольтный вывод 7 и заземленныйполюс 8. Все три обмотки каждой фазырасположены на стержнях концентрически (фиг. 2), причем первичная обмоХка расположена между обмоткой возбуж"дения и вторичной, а обмотка возбужде.ния собирается непосредственно настержне и изолируется от него на на Опряжение сети,Устройство работает следующим образом.Се евое напряжение возбуждает55 маги ный поток в первом сердечнике каск а, полюс моста которого заземлен. Поток реактивной мощности намагничивания поступает на вторую и следующие ступени каскада благодаря гальванической связи обмоток воз- ЙО буждения предыдущей ступени и первичной обмотки следукщей ступени.Концентрическое расположение ци-линдрических слоевых обмоток 1, 2 и 3 позволяет свести к минимуму взаим 65,ное влияние нагрузочного тока каждойступени каскада и тока намагничиванияследующей ступени; Так, если обозначить индуктивное сопротивление короткого замыкания пар обмоток ХХз и Х, то индуктивное сопротивление взаимного влияния обмоток (фиг. 2) определяетсяХ,Иъ - Хк,й+ Хк 45- Хк 2 ъПодбором толщин обмоток и изоля;ционных. расстояний Аи Дможно получить условие ХК сО. При этом можно получить не только уменьшение падения напряжения в ступенях умно- житеЛя в интервалах коммутации вентилей мостов, но и отрицательное значение для эквивалентного реактанса. Последний случай соответствует генерации реактивной мощности и объясняется нелинейным характером эквивалентного реактансас) ЧХб -юЬ-щгде,Ь - динамическая индуктивность,эквивалентирующая поля рассеяния,Ф - суммарное потокосцеплениеполей рассеяния.Для получения малой пульсации выходного напряжения часть обмоток возбуждения или первичных. обмоток каскадного умножителя может соединяться по схеме в треугольник. При этом реализуется режим 12-фазного выпрямления, а внешняя характеристика устройства формируется жесткой,что облегчает стабилизацию напряженияпри питании электроннолучевой нагрузки, В зависимости от уровня выходного напряжения каждой ступени, вторичная обмотка и выпрямительныймост могут секционироваться в преде- лах ступени (фиГ. 2). При работе умножителя потребляемая реактивная мощность намагничивания ступеней возвращается в сеть, а вентильная реактивная мощность уменьшается благодаря уменьшению реактансов Х у и углов коммутации уПоложительный эффект от применения данного предложения обусловлен тем, что питание отдельных ступеней происходит в условиях слабой маг" нитной связи по полям рассеяния, что. позволяет улучшить вентильные энергетические показатели устройства. Магнитный поток в сердечниках умножителя заьыкается в ферромагнитной сре" де, что существенно уменьшает ток холостого хода. Однако в связи с последовательной схемой питания ступеней умножителя (последовательная индуктивная связь) оптимальное число ступеней каскада ограничено величиной и = 2 " 4.Использование предложенного устройства в высоковольтных электроннолучевых и электрофизических уста847382 Формула изобретения г.2 Составитель В, МясниковаТехред Т,Маточка Корректо Редакто Долини иценко Тираж 784 ВНИИПИ,Государстве по делам изобре 13035, Москва, Ж, Эаказ 5510 79 Подписноеого комитета СССРний и открытийаушская наб д, 4/5 илиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,йовках позволяет повысить экономическую эффективность технологического процесса эа счет повышения качества преобразуемой энергии - малойпульсации выходного напряжения, уменьшения потерь, обусловленных потокомвентильной реактивной мощности и формирования жесткой внешней характеристики, стабильной в широком интервалеизменения нагрузки,. Каскадный умножитель напряжения с индуктивной связью, содержащий пространственный магнитопровод, состоящий из изолированных секций, 15 каждая из котовых несет цилиндрические первичные и вторичные обмотки, последние из которых соединены с выпрямительным мостом, а все мосты соединены между собой последователь О но и имеют заземленный полюс, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью уменьшения потребления вентильной реактивной мощности, в него вве"дены в каждую секцию дополнительныеобмотки, соединенные в звезду, сек,ции стержневого сердечника снабжены ярмами, а дополнительные обмоткирасположены между стержнем и первичными обмотками, при этом нейтральдополнительной обмотки соединена сполюсом соответствующего моста исердечником. Источники .информации,принятые во внимание при экспертизе1. Доклады 2-ого совещания поприменению ускорителей заряженныхчастиц в народном хозяйстве, Л.,197 б, т. 1, с. 137, рис.1.2. Чвертко А.И. и др. Оборудование для электроннолучевбй сварки.Киев, "Наукова думка", 1973, с.178,рис. 118.