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, un - напряжения каскадов (n=1, 2, . . ., N), Uн - напряжение на выходе генератора, uвх - напряжение источника питания.
При последоват. питании (рис. 1, а) перем. ток от источника питания к последующим каскадам протекает через сопротивления связи Xi 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 Uн на выходе КГ изменяется пропорц. напряжению источника питания, uвх, а при увеличении сопротивления нагрузки.
Рис. 5. Зависимость напряжения на выходе каскадного генератора от напряжения источника питания (1) и сопротивления нагрузки (2).
Rн стремится к нек-рой пост. величине Uнхх - 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.
М. П. Свиньин
|
|
 |
