Высоковольтный генератор - выпрямитель

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к высоковольтным источникам питания, и может быть использовано в ускорительной технике для лабораторных и промышленных целей. Цель изобретения - повышение надежности, увеличение удельной мощности и уменьшение габаритов путем снижения перенапряжения при пробоях и уменьшение экстрактов, протекающих через схему выпрямления. Высокольтный генератор-выпрямитель содержит трехфазный пространственно-симметричный магнитопровод 1, на стержни которого навита первичная обмотка 2, соединенная в "звезду" и экранированная электростатическим заземлением экраном 3. Генератор содержит несколько каскадов 4, включающих высоковольтные катушки 5, включенные поочередно по схеме "звезда", "треугольник". В последнем случае катушки 5 разбиты на части 7, 8 и средней точкой катушки соединены с внутренним экраном 10 и наружным градиентным кольцом 11. Дополнительные защитные конденсаторы образуют группы, размещенные внутри каскадов по закону, пропорциональному значению напряжения в каждом каскаде. Высокое напряжение с последнего каскада выводится на общий высоковольтный экран 15 и с него по кабелю 16 в нагрузку. Все элементы генератора размещены в герметичном металлическом корпусе 17, заполненном изоляционной средой под давлением 3 - 15 ат. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4747723/07 (22) 11.09.89 (46) 23.07.91. Бюл. М 27 (75) Е. А. Абрамян, В. А. Гапонов и А, А. Курков (53) 621.314,632(088.8) (56) Абрамян Е, А. Промышленные ускорители электронов. М,: Энергаатомиздат, 1976, с. 104.

Авторское свидетельство СССР

М 845745, кл. Н 05 Н 5/08, 1976. (54) ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ГЕНЕРАТОР-ВЫПРЯМИТЕЛ Ь (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к высоковольтным источникам питания, и может быть использовано в ускорительной технике для лабораторных и промышленных целей. Цель изобретения— повышение надежности, увеличение удельной мощности и уменьшение габаритов путем перенапряжения при пробоях и уменьшение экстратоков,, протекающих через схему выпрямления. Высоковольтный генератор-выпрямитель содержит трехфаз„„Я „„1665884 АЗ (я) s Н 01 1 25/04, Н 05 Н 5/08, Н 02 М 7/ t 0 ный пространственно-симметричный магнитопровод 1, на стержни которого навита первичная обмотка 2, соединенная в "звезду" и экранированная электростатическим заземленным экраном 3. Генератор содержит несколько каскадов 4, включающих высоковольтные катушки 5, включенные поочередно по схеме "звезда", "треугольник". В последнем случае катушки 5 разбиты на части 7, 8 и средней точкой катушки соединены с внутренним экраном 10 и наружным градиентным кольцом 11. Дополнительные защитные конденсаторы образуют группы размещенные внутри каскадов по закону, пропорциональному значению напряжения в каждом каскаде. Высокое напряжение с последнего каскада выводится на общий высоковольтный экран 15 и с него по кабелю 16 в нагрузку. Все элементы генератора размещены в герметичном металлическом корпусе 17, заполненном изоляционной средой под давлением 3 — 15 ат. 1 з. и. ф-лы, 4 ил.

1665884

Изобретение относится к электротехнике, а именно к высоковольтным источникам питания, и может быть использовано в ускорительной технике для лабораторных и промышленных целей.

Цель изобретения — повышение надежности, увеличение удельной мощности и уменьшение габаритов генератора путем снижения перенапряжения при пробоях и уменьшения экстратоков, протекающих через схему выпрямления, индуктювности рассеяния и вихревых потерь.

На фиг. 1 представлен высоковольтный генератор-выпрямитель, продольный разрез; на фиг. 2 — то же, поперечный разрез; на фиг. За, б — эквивалентная схема генератора и закон изменения напряжения вдоль генератора и зарядов на электростатических экранах; на фиг. 4 — принципиальная электрическая схема.

Высоковольтный генератор-выпрямител ь выполнен по трехфазной мостовой схеме вы и рямления напряжения с параллельным питанием каскадов и индуктивной связью и содержит трехфазный пространственно-симметричный заземленный магнитопровод 1, на стержни которого навита первичная обмотка 2, соединенная в

"звезду" и экранированная электростатическим заземленным экраном 3, разрезанным по азимуту. Высоковольтный генератор-выпрямитель содержит N каскадов 4, соединенных последовательно (фиг. 1). Каскады 4 содержат высоковольтные катушки 5, которые соединяются в каждом из каскадов 4 поочередно по схеме "звезда", "треугольник", и выпрямительные элементы 6. При этом в каскадах, где высоковольтные катушки 5 соединены по схеме "треугольник", они разбиты на две части 7 и 8 и средней точкой

9 соединяются с внутренним экраном 10 и наружным градиентным кольцом 11, в каскадах, где высоковольтные катушки 5 соединены по схеме "звезда", они соединены своей общей точкой 12 с внутренним экраном 13 и наружным градиентным кольцом

11. Параллельно каскадам 4 подключены дополнительно введенные защитные конденсаторы 14, образующие в каскаде параллельно-последовательно соединенные группы конденсаторов 14, которые равномерно размещаются по окружности и поперечному сечению каскадов. При этом каждая группа конденсаторов 14 соединена с наружным градиентным кольцом 11 и общей точкой высоковольтных катушек 5 соответственно: в каскаде соединенном по схеме "треугольник", с точкой 9, в каскаде, . соединенном по схеме "звезда" с точкой 12.

Высокое напряжение с последнего каскада выводится на общий высоковольтный экран

15 и с него по высоковольтному выводу— кабелю 16 в нагрузку(не показана). Высокое напряжение может выводиться и высоковольтным газовым коаксиалом или подаваться непосредственно на ускорительную трубку (не показана). Все элементы высоковольтного генератора-выпрямителя размещены в герметичном, металлическом корпусе 17, заполненном электроизоляционной средой, например газом поддавлением 3-15 ат.

Генератор-выпрямитель работает следующим образом.

15

Первичная обмотка 2 подключается к трехфазной сети переменного тока. В катушках 5 вторичной высоковольтной обмотки наводится высокое напряжение, которое выпрямляется в диодных выпрямительных блоках 6, включенных по 12-фазной схеме вы и ря мления (соеди нение высоковол ьтных катушек в каждом из каскадов осуществляется поочередно по схеме "звезда", 20

"треугольник"), С последнего каскада напряжение по высоковольтному кабелю 16

25 выводится на нагрузку (не показана).

Снабжение высоковольтного генератора-выпрямителя малоиндуктивными защитными конденсаторами, включенными параллельно выпрямительным каскадам и соединенными с наружными градиентами кольцами и внутренними экранами, позволяет равномерно распределить напряжение

30 между каскадами при пробое в нагрузке, на наружные градиентные кольца или внутренние защитные экраны. При этом сверхтоки минуют высоковольтные катуш35 ки и выпрямительные диоды, что существенно повышает электрическую прочность и надежность высоковольтного генераторавыпрямителя, Чтобы уменьшить индуктивность защитной конденсаторной цепи, она набирается из нескольких параллельных групп малоиндуктивных конденсаторов, распределенных по всему поперечному сечению

45 генератора. Чтобы улучшить равномерность . распределения напряжения по каскадам при пробое и уменьшить общее количество

50 конденсаторов (эквивалентную суммарную емкость), емкость конденсаторов, включенных параллельно каждому вы прямител ьному каскаду, набирают в соответствии с законом распределения поперечных (паразитных) емкостей в

55 генераторе. Если поперечные емкости по высоте (по каскадам) генератора одинаковые, т. е. высоковольтные зазоры постоянны по высоте вдоль каскадов генератора, то емкость защитных малоиндуктивных конденсаторов, включенных параллельно каскадам, от

1665884 каскада к каскаду должна уменьшаться в направлении от высоковольтного вывода пропорционально изменению абсолютного значения потенциала каскада в квадрате.

Квадратичный закон распределения емкостей по каскадам генератора принят из условий повышения надежности при пробоях с учетом пропорционального распределения заряда q по высоте h генератора: ц=C,U=Kh, где Сп — погонная поперечная емкость, U — напряжение на каскадах, К— коэффициент пропорциональности, Чтобы напряжение на каждом каскаде при пробое было одинаковым, нужно продольную емкость защитных конденсаторов (С1 ... Ci ...

Ск) брать пропорционально протекающему по ним заряду Q. Заряд Q, протекающий .через емкость защитных конденсаторов (C> ... С,.; Ск) каждого каскада, изменяется по высоте в квадрате ,г

Q-q — = К

2 2 м h. но поскольку ц=-Cn U, à U= то

UM " и 0м Сп

Н 2 Н 2 а И, Сh2

Ок 2 Н UK но

UH

UM откуда

Сп Н О

2 UMU„ где С вЂ” емкость каскада;

UM — максимальное значение напряжения генератора;

0к — напряжение каскада;

Н вЂ” общая высота всех каскадов генератора, Качественно такое распределение конденсаторов переводит поперечные конструктивные емкости генератора в продольные, благодаря чему исчезают перенапряжения на элементах генератора при пробоях. При этом количество защитных конденсаторов оказывается минимальным, что повышает надежность генератора, уменьшает его габариты и вес. Известно, что электрическая прочность конденсаторов на большие энергии приблизительно в три раза выше на постоянном напряжении, чем на переменном. Поэтому в каждом каскаде необходимо найти точки с минимальным изменениям потенциала во времени, к которым подсоединяются экраны и конденсаторы. В каскаде с соединением катушек в

"звезду" такой точкой является общая точка для всех трех соединенных катушек. В каскаде с соединением катушек в "треугольник" такой точкой являются средние точки каждой из трех соединяемых катушек. Поэ5 тому катушки, соединенные по схеме "треу-" гольник", разбиты на две секции (полукатушки) с равным количеством витков, Выводы с этих точек соединяются с экранами и защитными конденсаторами в

10 точках, ближайших к экранам.

Общая защита генератора от перенапряжений на его элементах при пробоях обеспечивается защитными электростатическими экранами, на которых сосредоточи15 ваются наведенные заряды, и малоиндутивными конденсаторными цепями, также подключенными к защитным экранам. Заряды с экранов при пробое стекают по защитным емкостям, минуя вы20 прямительные каскады.

Защитные электростатические экраны, расположенные с внутренней стороны высоковольтных катушек и закрепленные на них, формируют электрическое поле с малой

25 неоднородностью в зазоре между экраном. первичной обмотки и внутренней поверхностью высоковольтной катушки и защищают катушки от пробоев. При этом зазор между экраном и внутренней поверхностью высо-.

30 ковольтной катушки d выбирается из соотношения d (1 ... 1,5)UM/Е, где UM— максимальное напряжение в высоковольтной катушке, Š— допустимая напряженность электрического поля в

35 .электроизоляционной среде.

При б < E не сохраняется условие

0 3 электрической прочности в месте наибольшего напряжения в катушке с экраном, при 40 д < (h,,d)1,5, UM/Åä неоправданно возрастают габариты конструкции, повышается рассеяние магнитного поля. Толщина внутренних экранов выбирается из условия

45 h д ) ) Л и >10 — 20, где Л вЂ” толщина скинслоя, h — высота электростатического экрана.

При дблизком к сочень велики вихре50 вые потери в экранах, увеличиваются габариты и индуктивность рассеяния. То же при

h h < 10.При g» 10 возникают конструкционные и технологические трудности. Поэто55 му оптимальное соотношение между h и д лежит в пределах 30 ... 50, т.е. Л ((д < < (0,1.„0,05)h. Высокая защищенность от пробоев элементов, прежде всего высоковольтных катушек генератора и перенапряжений

1665884 на них во время пробоев, а также формирование достаточно равномерного электрического поля в высоковольтных зазорах позволяют использовать высокие средние напряженности электрического поля, так как можно брать небольшие зазоры, прежде всего между обмотками, что существенно уменьшает габариты генератора и его индуктивность рассеяния, благодаря чему растет мощность генератора.

Реализация предлагаемых технических решений позволит существенно повысить надежность высоковольтного генераторавыпрямителя за счет введения дополнительных защитных конденсаторов, образующих параллельно-последовательные группы, включенные параллельно каскадам и соединенные в каждом из каскадов с наружным градиентным кольцом и общей точкой высоковольтных катушек, что обеспечивает равномерное деление напряжения между каскадами при пробоях и снижение перенапряжений в элементах схемы, а также исключение протекания сверхтоков и паразитных поперечных емкостных токов через элементы схемы. Введение внутренних защитных электростатических экранов, закрепленных на высоковольтных катушках, формирует электрическое поле с малой неоднородностью в зазоре между экраном первичной обмотки и внутренней поверхностью высоковольтных катушек и защищает высоковольтные катушки и другие элементы схемы от пробоев и перенапряжений, что существейно повышает надежность высоковольтного генератора и уменьшает его габариты.

Кроме того, снижаются потери на вихревые токи и индуктивность рассеяния, что повышает мощность высоковольтного генератора-выпрямителя и его надежность.

3а счет использования предлагаемого технического решения удалось повысить надежность при одновременном значительном уменьшении массы и габаритов предлагаемого генератора-выпрямителя по сравнению с известным.

Формула изобретения

1, Высоковольтный генератор-выпрямитель, выполненный по трехфазной мостовой схеме выпрямления напряжения с параллельным питанием каскадов и индуктивной связью, содержащий высоковольтный вывод, трехфазный пространственно-симметричный магнитопровод, на стержни которого намотаны первичные обмотки, экранированные электростатическими заземленными экранами, имеющими разрыв по азимуту, и высоковольтные каскады, вклю. чающие выпрямительные элементы, много10

25 слойные высоковольтные катушки, снабженные соединенными с ними внутренними и наружными электростатическими экранами, размещенные в металлическом заземленном корпусе, заполненном электроизоляционной средой, о т л и ч à Io шийся тем, что,с целью повышения надежнасти, увеличейия удельной мощности и уменьшения габаритов путем снижения перенапряжений при пробоях и уменьшения экстратоков, протекающих через схему выпрямления, индуктивности рассеяния и вихревых потерь, генератор снабжен малоиндуктивными защитными конденсаторами, образующими в каждом высоковольтном каскаде параллельно-последовательные группы, которые размещены по окружности корпуса и соединены с наружным электростатическим экраном и общей точкой высоковольтных катушек, электрическая емкость групп конденсаторов от каскада к каскаду уменьшается в направлении. от высоковольтного вывода пропорционально абсолютному значению потенциала каскада в квадрате, а внутренние электростатические экраны закреплены на высоковольтных катушках, причем в каскадах, высоковольтные катушки в которых соединены по схеме "звезда", внутренние и

30 наружные электростатические экраны соединены электрически с общей точкой кату- шек проводниками напротив каждой из них, а в каскадах, высоковольтные катушки в которых соединены по схеме "треугольник", 35 каждая из катушек состоит из двух частей с равным количеством витков, внутренние и наружные электростатические экраны соединены электрически со средней точкой каждой катушки проводниками напротив

40 каждой иэ них, при этом радиальные изоля, ционные зазоры d между электростатическими экранами каждого каскада и поверхностью катушек выбраны в соответствии с соотношением

45 d ><(1 ... 1,5) UMlЕд где U — максимальное напряжение в высо- ковольтной катушке;

Ед — допустимая напряженность элект-„, .:.,рического поля в электроизоляцион ной сре50 де.

2. Генератор-выпрямитель по и. 1, о тл ич а ю шийся тем, что толщина "д-электростатических экранов в радиальном направлении выбрана в соответствии с соотношением

h, <ä <(O,1... O,O5)h где h — высота электростатического экране, Л- толщина скин-слоя, 1665884

Фиг,2

1665884!

1 f 1

Составитель G. Наказная

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор M. Кучерявая

Редактор Е. Папп

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2403 Тираж 369 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Высоковольтный генератор - выпрямитель Высоковольтный генератор - выпрямитель Высоковольтный генератор - выпрямитель Высоковольтный генератор - выпрямитель Высоковольтный генератор - выпрямитель Высоковольтный генератор - выпрямитель 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике и может применяться при преобразовании переменного напряжения в постоянное импульсное напряжение (ПИН) путем цикличного отключения выпрямляемого напряжения управляемыми вентилями преобразователя по сигналам задатчика времени (3В) синхронно с напряжением питающей сети - для питания нагрузки и контроля тока ее утечки устройством защитного отключения (УЗО) во время пауз в ПИН

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в высоковольтных источниках питания

Изобретение относится к электротехнике и может быть использова (но в качестве источника питания повышенным напряжением для нескольких нагрузок

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве источника питания

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве бестрансформаторного источника питания

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для получения высокого напряжения

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве источника питания повышенным напряжением

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено в устройствах вентильных преобразователей

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания электронно-лучевых трубок, электронных микроскопов, в рентгеновской технике и других отраслях народного хозяйства

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве вторичного источника питания с пониженным выходным напряжением

Изобретение относится к устройству автономных и возобновляемых источников электропитания, а именно к солнечным батареям (СБ) повышенной надежности, защищенным от электрических напряжений, возникающих при затенении или неравномерной деградации отдельных солнечных элементов (СЭ), составляющих СБ

Изобретение относится к силовой полупроводниковой технике, а именно к таблеточным силовым полупроводниковым приборам

Изобретение относится к области технологии изготовления электронной аппаратуры с применением, в основном, бескорпусных электронных компонентов при расположении их и электрических связей между ними в трехмерном пространстве, а конкретно - к способу изготовления трехмерного полимерного электронного модуля

Изобретение относится к области технологии изготовления электронной аппаратуры с применением, в основном, бескорпусных электронных компонентов при расположении их и электрических связей между ними в трехмерном пространстве, а конкретно к способу изготовления многокомпонентного трехмерного электронного модуля

Изобретение относится к области технологии изготовления трехмерных электронных модулей, в том числе способных работать в условиях внешних воздействий таких, как при повышенном радиационном излучении, в открытом космосе, в атомных котлах, при интенсивном электромагнитном излучении, а конкретно - к способу изготовления трехмерного электронного модуля
Наверх