каскадный генератор

КАСКАДНЫЙ ГЕНЕРАТОР (КГ) - устройство для преобразования низкого перем. напряжения в высокое постоянное. Низкое напряжение выпрямляется в отд. каскадах, а затем полученные пост. напряжения включаются последовательно и суммируются. Связь каскадов с источником питания осуществляется через ёмкостные реактивные сопротивления или посредством взаимоиндукции.

Рис. 1. Схема каскадного генератора с последовательным (а) и параллельным (б) питанием: Хn - реактивные сопротивления, u_n - напряжения каскадов (n=1, 2, . . ., N), U_н - напряжение на выходе генератора, u_вх - напряжение источника питания.

При последоват. питании (рис. 1, а) перем. ток от источника питания к последующим каскадам протекает через сопротивления связи X_i предыдущих каскадов. Для генераторов этого типа характерны нелинейный рост внутр. сопротивления при увеличении числа каскадов N, а также зависимость распределения напряжения по каскадам от сопротивления нагрузки. Наиболее известны ёмкостный КГ Кокрофта - Уолтона (1932; рис. 2, а) и симметричный ёмкостный КГ Хейлперна (1955; рис. 2, б), являющиеся развитием схемы, предложенной Г. Грейнахером (Н. Greinaher) в 1920. Для них падение напряжения под нагрузкой пропорционально N³.

Рис. 2. Схема каскадного генератора Кокрофта - Уолтона (а) и Хейлперна (б).

Рис. 3. Каскадный генератор по схеме Шенкеля.

У генераторов с параллельным питанием каскадов (рис. 1, б)падение напряжения пропорц. N, а распределение напряжений по каскадам не зависит от сопротивления нагрузки. Однако в этом случае сопротивления связи должны быть рассчитаны на полное напряжение КГ. Схема КГ с ёмкостной связью и параллельным питанием (рис. 3) предложена М. Шенкелем (М. Schenkel) в 1919. Она используется в разработанных в 60-х гг. К. Моргенштерном (К. Morgenstern) и М. Клиландом (М. Cleland) генераторах, получивших назв. динамитрон. В динамитроне энергия в каскады передаётся через распределённые ёмкости между двумя возбуждающими электродами и т. н. градиентными полукольцами, установленными в каждом каскаде и образующими высоковольтную колонку КГ. В 60-70-х гг. получили распространение КГ с индуктивной связью и параллельным питанием каскадов.

Рис. 4. Схема каскадного генератора с индуктивной связью каскадов и параллельным питанием.

Они представляют собой систему высоковольтных обмоток, индуктивно связанных с общей первичной обмоткой при помощи замкнутого, секционированного или разомкнутого магнитопровода. К обмоткам подключены схемы выпрямления, соединённые последовательно (рис. 4). Существуют однофазные и трёхфазные КГ с индуктивной связью; последние могут питаться непосредственно от пром. сети. При заданной нагрузке напряжение U_н на выходе КГ изменяется пропорц. напряжению источника питания, u_вх, а при увеличении сопротивления нагрузки

Рис. 5. Зависимость напряжения на выходе каскадного генератора от напряжения источника питания (1) и сопротивления нагрузки (2).

R_н стремится к нек-рой пост. величине U_нхх - напряжению холостого хода (рис. 5). Кпд каскадных генераторов обычно составляет 70-80%, а у мощных генераторов с кремниевыми вентилями может превышать 90%. Макс, достигнутое напряжение ёмкостных КГ ок. 5 MB при мощности 200 кВт, а КГ с индуктивной связью - 3 MB при мощности 100 кВт. Традиц. область применения КГ - электрофиз. аппаратура, и в первую очередь высоковольтные ускорители большой мощности. Они используются также в электротехнике, рентг. аппаратуре, электронной микроскопии и др. устройствах, где требуются компактные источники высокого пост. напряжения с высокой стабильностью, большой мощностью и высоким КПД. Лит.: Ускорители. Сб., пер. с англ, и нем., М., 1962, с. 5-79; Комар Е. Г., Основы ускорительной техники, М., 1975; Альбертинский Б. И., Свиньин М. П., Каскадные генераторы. М.. 1980. М. П. Свиньин.

   <<      Предметный указатель      >>