КАСКАДНЫЙ ГЕНЕРАТОР

КАСКАДНЫЙ ГЕНЕРАТОР

       

устройство, преобразующее низкое перем. напряжение в высокое пост. напряжение. В отд. каскадах перем. напряжения выпрямляются, а выпрямленные напряжения включаются последовательно и суммируются. Связь каскадов с источниками питания осуществляется через ёмкости или посредством взаимной индукции. Питание каскадов может быть как носледовательным, так и параллельным.

Рис. 1. Схемы каскадных генераторов с последоват. питанием на ёмкостях: о — несимметричная (генератор Кокрофта — Уолтона); б — симметричная (генератор Халперна); С — ёмкости; В — электрич. вентили.

Среди ёмкостных К. г. с последоват. питанием наиболее распространены генератор Кокрофта — У о л т о н а (впервые построен в 1932 англ. учёными Дж. Кокрофтом и Э. Уолтоном, рис. 1, а) и симметричный генератор Халперна (1955) (рис. 1, б). На каждом конденсаторе C2, С4, С6, С8 создаётся пост. разность потенциалов, равная удвоенной амплитуде входного напряжения Uвх, а благодаря последоват. соединению конденсаторов выходное напряжение Uвых равно сумме этих разностей потенциалов.

Рис. 2. Схемы генераторов с параллельным питанием каскадов: слева — с ёмкостной, справа — с индуктивной связью.

Рис. 3. Каскадный генератор на напряжение 2,5 MB мощностью 26 кВт (СССР).

Число каскадов ограничено ростом падения напряжения под нагрузкой (пропорц. третьей степени числа каскадов). Распространены также К. г. с параллельным питанием с ёмкостной (рис. 2, слева) и с индуктивной (рис. 2, справа) связью. Кпд К. г. 70—80%, а у мощных К. г. с кремниевыми электрич. вентилями может превышать 90%. Максимально достигнутое напряжение и мощность у ёмкостных К. г. =5 MB и 200 кВт, у К. г. с индуктивной связью 3MB и 100 кВт. В СССР разработаны ёмкостные К. г. с напряжением до 2,5 MB (рис. 3). Традиц. область применения К. г.— электрофиз. аппаратура, и в первую очередь высоковольтные ускорители большой мощности. К. г. применяются также в электротехнике, рентг. аппаратуре, электронной микроскопии и др.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.

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. Каскадныйгенератор 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, электронноймикроскопии 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.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.