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Anordnung zur Erzeugung hoher Gleichspannungen mittels symmetrischer
Kaskaden Zur Erzeugung von hohen Gleichspannungen, wie sie z. B. zur Spannungsversorgung
von Beschleunigerstrecken od. dgl. benötigt werden, sind sogenannte Greinacher-Kaskaden
bekannt, die über Gleichrichter aus einem Transformator aufgeladene Schub- und Ladekondensatoren
enthalten, an denen die Gleichspannung abgreifbar ist. Durch Vergrößerung der Zahl
der Kaskadenstufen kann eine Erhöhung der Gleichspannung erzielt werden, die an
der Ladesäule abgegriffen wird. Die sich ergebende Gesamtspannung ist jedoch dabei
nicht gleich dem Produkt aus der Zahl der einzelnen Stufen und der Spannung der
ersten Stufe, sondern nimmt mit zunehmender Stufenzahl nicht mehr proportional zu,
so daß die Spannung durch Vergrößern der Stufenzahl nicht beliebig erhöht werden
kann. Dies beruht darauf, daß durch die kapazitiven Nebenschlüsse und durch den
Ladungstransport über die Gleichrichter und die Kondensatoren die übertragbare Ladung
immer mehr abnimmt, so daß bei gegebener Belastung, Speisefrequenz und Kondensatorkapazität
die Gesamtspannung auf einen bestimmten Wert begrenzt ist. Bei der Greinacher"Kaskade,
die mit einer Einweggleichrichterschaltung arbeitet und bei der die Glättungskondensatoren
zum Aufladen der Schubkondensatoren mitbenutzt sind, ändert sich die Welligkeit
der Gleichspannung mit dem Quadrat der Stufenzahl, d. h., sie steigt im Quadrat
der Stufenzahl an.
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Eine Verbesserung hinsichtlich der Welligkeit und des Spannungsabfalles
in den einzelnen Stufen ist durch die sogenannte symmetrische Kaskade erreichbar,
bei der eine Doppelweggleichrichtung erfolgt und bei der die Glättungskondensatoren
nicht mehr zum Aufladen der Schubkondensatoren mitbenutzt sind. Die Welligkeit ist
hierbei linear proportional der Stufenzahl. Jedoch ist auch bei der symmetrischen
Kaskade bei Belastung die Stufenspannung stets kleiner als die Spitzenspannung des
Speisetransformators, so daß bei mehreren Stufen die nachfolgende Stufe stets weniger
Gleichspannung als die vorhergehende abgibt. Daher kann auch hier eine Erhöhung
der Gesamtspannung nur in begrenztem Maße durch Vergrößerung der Stufenzahl erfolgen.
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Außer bei Belastung ist normalerweise auch bei Leerlauf ein Spannungsabfall
durch die stets vorhandenen kapazitiven Blindströme bedingt, die durch die Eigenkapazitäten
der Gleichrichter und die Streukapazitäten der im Takt der Transformatorspannung
schwingenden Potentiale, d. h. durch die Schubkondensatoren und die mit diesen
verbundenen Enden der Gleichrichter, verursacht werden. Man hat deshalb zur Verrneidung
eines Spannungsverlustes bei Leerlauf mittels Kompensation der belastungsunabhängigen
kapazitiven Blindströme schon Drosselspulen in den Stufen vorgesehen, die zusammen
mit den Nebenkapazitäten der Gleichrichter und den Streukapazitäten gegen Erde Resonanzkreise
bilden, deren Resonanzfrequenz gleich der Frequenz der Speisewechselspannung ist.
Die Neben- und Streukapazitäten können dabei mit der Induktivität der Drosselspule
einen ParaUelresonanzkreis oder mit den Kapazitäten der Schubköndensatoren einen
Reihenresonanzkreis bilden, deren Resonanzfrequenz - wie bereits gesagt
- gleich der Speisefrequenz ist. Es gelingt aber auch mit der Kompensation
der kapazitiven Blindströme in der bekannten symmetrischen Kaskade nicht, eine gleichmäßige
Spannungsaufteilung über die einzelnen Stufen bei Be, lastung zu erhalten, so daß
auch hier die erreichbare Gesamtspannung begrenzt ist und dieser Wert durch. Erhöhen
der Stufenzahl praktisch nicht mehr überschritten werden kann. Durch eine Erhöhung
der Speisespannung des Transformators kann zwar eine Erhöhung der Gesamtspannung
erreicht werden, jedoch müssen dann die Kondensatoren und Gleichrichter für die
höheren Leerlaufspannungen bemessen werden. Eine gleichmäßige Spannungsaufteilung
läßt sich jedoch auf diese Weise nicht erreichen.
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Es ist jedoch vorteilhaft, eine gleichmäßige Spannungsaufteilung auf
die einzelnen Stufen zu erhalten, da dann die Gesamtspannung durch Erhöhen der Stufenzahl
entsprechend vergrößert werden kann und nicht auf einen Endwert begrenzt ist. Außerdem
besteht dann der Vorteil, mit weniger Stufen als bei den bekannten Kaskadenschaltungen
eine gleich große Gesamtspannung zu erzielen.
Die Erzeugung einer
gleichmäßigen oder einer in vorgegebener Weise ansteigenden oder abnehmenden Stufenspannung
ist Aufgabe der Erfindung. Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt nach der Erfindung
dadurch, daß zur Kompensation der lastunabhängigen kapazitiven und der lastabhängigen
ohmschen Spannungsverluste die die Drosselspulen, die Schubkondensatoren und gegebenenfalls
die Transformatorwicklungen enthaltenden Stromkreise einen induktiven Leistungsfaktor
erhalten und hierzu die Induktivität der Drosselspulen so bemessen ist, daß die
Eigenfrequenz der Stromkreise im gesamten Lastbereich wesentlich kleiner als die
Frequenz der Speisespannung ist. Die Wirkung der Lösung nach der Erfindung beruht
darauf, daß eine Vergrößerung des Ladungstransportes durch die Gleichrichter erzwungen
wird.
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Auch die Spannungsverluste durch die Rückströme in den Gleichrichtern
werden durch die Anordnung nach der Erfindung kompensiert. Diese Spannungsverluste
sind zwar vernachlässigbar klein, wenn keine besondere Linearisierung der Spannung
an den Gleichrichtem in der Sperrphase notwendig ist. Eine solche Linearisierung
durch ohmsche oder kapazitive Spannungsteiler kann jedoch z. B. bei Speisung der
Kaskade durch mittelfrequente Spannung notwendig werden.
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Mit der Einrichtung nach der Erfindung gelingt es, darüber hinaus
z. B. die halbe Transformatorspitzenspannung, die ganze Spitzenspannung oder den
11/2-fachen Wert als Stufenspannung zu erhalten, wenn die einzelnen Stufen in entsprechender
Weise aufgebaut sind, wie es nachfolgend im einzelnen noch näher beschrieben ist.
Es können auch innerhalb einer Kaskade verschiedene Stufenschaltungen vorgesehen
werden, die die besagten unterschiedlichen Stufenspannungswerte in beliebiger Reihenfolge
zu erzeugen gestatten. Die Erzeugung von Stufenspannungen, die nur einen bestimmten
Teil der Spitzenspannung darstellen, ist bei den bekannten Kaskadenschaltungen nur
mit Hilfe von aufwendigen Spannungsteilem möglich. Eine Erzeugung von halben Spitzenspannungen
als Stufenspannung ist dagegen bei den bekannten Schaltungen nicht möglich.
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In den vom Lastgleichstrom durchflossenen Drosselspulen kann vorteilhafterweise
eine Gleichstromvonnagnetisierung erzeugt werden, indem diese Drosselspulen zwei
getrennte Eisenkerne enthalten. Diese gleichstromvormagnetisierten Drosselspulen
haben eine bei zunehmendem Lastgleichstrom abnehmende Induktivität, die eine solche
Kompensation des lastabhängigen ohmschen Spannungsabfalls ergibt, daß die bei Leerlauf
erzeugten höchsten Spannungen kritische Werte nicht erreichen. Da die Kompensationswirkung
der Drosselspulen um so größer ist, je kleiner ihre Induktivität ist, läßt
sich dann eine praktisch lastunabhängige Kompensation erzielen, ohne daß kritische
überspannungen bei Leerlauf auftreten können. Die vom Lastgleichstrom durchflossenen
Drosselspulen wirken außerdem auf den Laststrom glättend, und es können ferner an
ihnen die Stufenspannungen abgegriffen werden.
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Bei der Anordnung nach der Erfindung kann ferner jede Drosselspule,
gleichgültig ob sie vom Laststrom durchflossen wird oder nicht, als Niederspannungstransformator
zur Speisung von Hilfsgeräten benutzt werden, die sich auf dem gleichen mittleren
Hochspannungspotential wie die Drosselspule selbst befinden, da an jeder Drosselspule
mindestens die gleiche Wechselspannung wie an der Sekundärspule des Speisetransformators
liegt, solange die den Drosselspulen entnommenen Wirkleistungen klein gegenüber
den an ihnen auftretenden Blindleistungen sind, was in der Regel der Fall ist. Die
hierbei notwendige Konstanthaltung der Wechsel-Spannung auf der Niederspannungsseite
der Drosselspulen kann durch an sich bekannte Spannungsstabilisierungsmaßnahmen
ohne weiteres erreicht werden. Die so gewonnenen Wechselspannungen können zur Speisung
von Hilfsgeräten, z. B. bei Beschleunigerstrecken zur Speisung von lonen- oder Elektronenquellen
herangezogen werden.
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Bei den bekannten Anordnungen müssen für die Stromversorgung solcher
auf Hochspannungspotential liegenden Hilfsgeräte besondere Isoliertransforinatoren
oder mit Isolierwellen angetriebene Generatoren oder aufwendige Hochfrequenzerzeuger
benutzt werden, die die benötigte Hilfsenergie durch die Ladekondensatoren an die
Geräte heranbringen.
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Die Anordnung nach der Erfindung eignet sich besonders für die Speisung
von Linearbeschleunigern, da es besonders bei Beschleunigern mit großen Strahlstromdichten
erwünscht und notwendig ist, daß die Stufenspannungen sehr rasch gesteigert werden
können, ohne daß hierfür eine Vergrößerung der Stufenzahl notwendig ist. Es sollen
von der ersten maximalen Stufenspannung an die folgenden Stufenspannungen im Beschleuniger
möglichst gleich groß sein, damit die gesamte Beschleunigerstrecke zur Erzielung
optimaler Fokussierung starker Strahlströme möglichst kurz bauend wird.
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Das Wesen der Erfindung ist an Hand der F i g. 1
für eine einzige
Stufe einer der möglichen Schaltungsarten näher erläutert.
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Ein Transformator Tr speist sekundärseitig mit einer Spitzenspannung
von 2 U die Stufe. Dabei werden alle Potentiale der Stufe auf das
Potential der Mittelanzapfung der Transformatorsekundärwicklung bezogen, die den
Wert Null hat. Die beiden Enden der Sekundärwicklung sind über Schubkondensatoren
Ci und C2 mit den Enden einer Drosselspule D mit Mittelanzapfung und
über Gleichrichter Gl und G,
in Kreuzschaltung mit den Drosselspulenenden
verbunden. Zwischen den Mittelanzapfungen des Transformators und der Drosselspule
ist ein Belastungswiderstand W angeschlossen, dem gegebenenfalls ein gestrichelt
gezeichneter Ladekondensator C, parallel geschaltet ist. Die Gleichrichter
haben einen Durchlaßwiderstand Ri bzw. R 2 und eine Eigenkapazität CG1 bzw. CG..
Die DrosselspuleD hat die InduktivitätL. An den Verbindungspunkten der Schubkondensatoren
und der Gleichrichter mit der Drosselspule, die mit A und B bezeichnet sind,
wirken Streukapazitäten der Gleichrichter und Schubkondensatoren gegen Erde, die
mit CE, und CE, bezeichnet und gestrichelt dargestellt sind.
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Es wird vorerst angenommen, daß die Widerstände Ri und R2 und die
Kapazitäten CGJ, CG2> CE, und CE2 Null sind und daß der Widerstand W und die Induktivität
L unendlich groß sind. Ferner sei angenommen, daß die Wirkverluste der Drosselspule
vernachlässigbar klein sind. Nun habe das linke Ende der sekundären Gleichspannungswicklung
des Speisetransforrnators Tr das Potential - U und das rechte Ende das Potential
+ U. Der Punkt A erhält dann über den Gleichrichter G, das
Potential + U.
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er Punkt B hat über den Gleichrichter G, das
Potential
+ U in der vorhergehenden Halbwelle erhalten. Beim Potentialwechsel am Speisetransformator
steigt das Potential des einen Punktes von + U auf 3 U, während
das Potential des anderen Punktes von 3 U auf U abnimmt. Es liegt
dann an der Drosselspule jeweils eine maximale Potentialdifferenz von 2
U, d. h., an der Drosselspule liegt die gleiche Wechselspannung wie
an der Sekundärseite des Speisetransformators Tr. Die Mittelanzapfung der Drosselspule
D führt dann dem Kondensator C, das Gleichspannungspotential 2
U- zu.
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Wenn nun die Kapazitäten CG und CE einen endlichen Wert haben, wie
dies in der Praxis der Fall ist, dann tritt an den Punkten A und B eine kapazitive
Spannungsteilung auf, die unabhängig von der Frequenz der Speisespannung und unabhängig
vom Laststrom i. ist. Dadurch wird die an der Drosselspule mit der Induktivität
L = oo liegende Wechselspannung verringert und somit auch der Gleichstroniffuß
durch die Gleichrichter verkleinert, da der über die Nebenkapazitäten CG fließende
Blindstrom, der dem Gleichstrom voreilt, einen zu großen Aufladungszustand der Schubkondensatoren
vortäuscht. Es kann daher der Ladekondensator nicht auf die volle Spitzenspannung
2 U aufgeladen werden. Wenn ferner für die Widerstände W, Ri und R2
ebenfalls endliche Werte angenommen werden und dadurch der Laststrom 4, einen endlichen
Wert hat, dann erfolgt durch den betreffenden Spannungsabfall an den Widerständen
Ri und R2 eine weitere Absenkung der Gleichspannung am Ladekondensator, die belastungsabhängig
ist und mit der Belastung zunimmt.
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ZurVermeidung solcher Spannungsverminderungen dient eine Drosselspule
D, deren Wirkung von der der bekannten Kompensationsdrosselspulen
- die mit den Kapazitäten Neben- oder Reihenresonanzkreise mit der Speisefrequenz
als Eigenfrequenz bilden - wesentlich verschieden und an Hand der F i
g. 2 a bis 2 c näher dargestellt ist.
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In F i g. 2 a ist der zeitliche Potentialverlauf im Punkt
A der Schaltung nach F i g. 1 dargestellt, wobei für die Kurve a die
Induktivität L einen endlichen Wert hat und ein mittlerer Laststrom i" fließt, während
für die Kurve b die Induktivität L = oo und der Laststrom kleiner
als im erstgenannten Fall ist. Als zeitlicher Nullpunkt wird für die Kurve a der
Zeitpunkt beim Höchstwert des Potentials gewählt. Der Drosselwirkstrom ist hierbei
klein gegenüber dem Drosselblindstrom angenommen, wodurch in erster Annäherung der
Scheinwiderstand gleich dem Blindwiderstand gesetzt werden kann. Die Spannung an
der Drosselspule eilt dann dem Drosselblindstrom iB um 90' vor. Es wird somit
vom Zeitpunkt t = 0 an dem Kondensator C, sowohl durch den Laststrom als
auch durch den Drosselblindstrom Ladung entzogen. Daher fällt das Potential des
Punktes A steiler als nach einer Sinusfunktion ab. Das Potential an der anderen
Belegung des Schubkondensators C, nimmt dagegen nach einer Sinusfunktion
ab. Im Punkt I soll der Gleichrichter Gl öffnen und ein Strom la', durch den Gleichrichter
gemäß F i g. 2 c fließen. Vom Punkt Pl bis zum Punkt P 3 in Fig.2cwird
der Drosselblindstrom iB voll vom Gleichrichter Gl übernommen. Der Gleichrichter
deckt also nicht nur die Ladungsverluste durch den in den Kondensator
C,
fließenden Strom i,9 , (Bei !B = 0), sondern zusätzlich noch
den Blindstrom iB. Erst vom Zeitpunkt P, an bis zum Punkt P 4 wird der Kondensator
vom Gleichrichterstrom und vom Drosselblindstrom aufgeladen, wobei letzterer vom
Punkt P4 an die gesamte Ladung an den Schubkondensator Ci zurückgibt, die er diesem
vom Zeitpunkt 0 bis zum öffnen des Gleichrichters entzogen hat. Daher erfolgt
der Anstieg des Potentials im Punkt A vom Schließungspunkt 111 des
Gleichrichters schneller als sinusfönnig. Jedoch ist die ansteigende Flanke nicht
so steil wie die abfallende, da der Laststrom auf den Anstieg verzögernd wirkt.
Da der Gleichrichter Gl im Fall !B=O mindestens eine um die Differenz der Flächen
zwischen den Punkten P,-P2-P. und P.-P4-P. größere Ladungsmengen transportiert hat
als im Fall iB=O, muß die mittlere Potentiallinie für die Kurve a höher als für
die Kurve b liegen. Für die Kurve a hat sie in F i g. 2 a den Wert
2 U. Bei !B = 0 erreicht die 'Potentialkurve b ihren
Höchstwert später als die Kurve a, und ihr Maximalwert ist kleiner als bei der Kurve
a, da einerseits die vorausgehende Aufladung des Kondensators durch den in den Kondensator
zurückfließenden Drosselblindstrom fehlt und andererseits die durch den Gleichrichter
G, transportierte Ladungsmenge kleiner ist, weil diese jetzt allein durch den Laststrom
bestimmt ist. Der mittlere Potentialwert der Kurve a ist strichpunktiert als Waagerechte
c in F i g. 2 a eingetragen und liegt unter dem Wert 2 U. Ebenfalls
ist der Laststrom kleiner als im Fall iB = 0. Ferner sind wegen des
fehlenden Drosselblindstromes die Flanken der Kurve b flacher als die der
Kurve a. Der Gleichrichter öffnet später und bei einem höheren Potential (Punkt
II) und schließt ebenfalls später bei einem höheren Potential (Punkt IV) als im
Fall der Kurve a. Es ist dabei jedoch zu beachten, daß die Transfonnatorspannung
in beiden Fällen nicht gleiche Phase hat, sondern phasenverschoben ist in bezug
auf den gewählten Zeitnullpunkt. Es ist ferner zu bemerken, daß die Spannung an
der Drosselspule durch die Differenz der Potentialkurven in den Punkten
A und B nach F i g. 1 gegeben ist, während in F i g. 2 a nur
der Potentialverlauf im Punkt A gezeigt ist. Der Potentialverlauf für den
Punkt B entspricht dem gezeigten Potentialverlauf mit einer Verschiebung um
180'. Die Kurve in F i g. 2 b enspricht dann der Potentialdifferenzzeitfläche.
In der anderen Halbwelle verlaufen die Vorgänge im Gleichrichter G,
im Kondensator
C2 genauso, und es ergibt sich der in F i g. 2 a gezeigte Potentialverlauf
im Punkt B.
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Durch die Drosselspule D wird also der gesamte kapazitive und
ohmsche Spannungsabfall kompensiert und die kapazitiven Blindströme des Speisetransforinators
überkompensiert, so daß der Speisetransforinator induktiv belastet ist. Diese induktive
Blindleistung des Transformators kann in an sich bekannterWeise am Transformator
kompensiert werden.
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Wie Versuche gezeigt haben, liegt die Eigenfrequenz des aus den Schubkondensatoren,
den Drosselspulen und gegebenenfalls dem Speisetransforinator gebildeten Kreises
wesentlich unter der Speisefrequenz; sie beträgt beispielsweise nur die Hälfte bis
ein Fünftel dieses Wertes. Bei der erfindungsgemaßen Kompensation können die Neben-und
Streukapazitäten CE und CG im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen außer
Betracht bleiben. Die beim Gegenstand der Erfindung auftretende Dämpfung, die meist
schon durch den Laststrom ausreichend gegeben ist, ist zur Vermeidung der Erregung
von Unterschwingungen erwünscht. Um die
Erregung von Unterschwingungen
in jedem Fall sicher zu vermeiden, kann die mit oder ohne Luftspalt ausgeführte
Drosselspule so bemessen sein, daß ihr Eisenkern magnetisch ungesättigt bleibt.
Wird eine Drosselspule mit nur einem Eisenkern verwendet, so führt der Laststrom
zu keiner Gleichstromvormagnetisierung, während bei Verwendung von Eisendrosseln
mit zwei getrennten Kernen sich die Laststromabhängigkeit der Kompensationswirkung
durch die genannten Maßnahmen verkleinern läßt.
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In den F i g. 3 bis 10 sind verschiedene Ausführungsbeispiele
für Schaltmöglichkeiten in der symmetrischen Kaskade nach der Erfindung dargestellt.
Wenngleich die gezeigten Ausführungsbeispiele Drosselspulen mit Mittelanzapfungen
verwenden, so kann der Erfindungsgedanke auch mit Drosselspulen ohne Mittelanzapfung
verwirklicht werden, wobei in diesem Fall der Schaltungsaufbau dem der bekannten
Kaskaden symmetrischer Bauart gleicht. Die Stufenzahl der dargestellten Kaskadenschaltungen
ist beliebig veränderbar. Die Neben- und Streukapazitäten und die Durchlaßwiderstände
der Gleichrichter sind der besseren übersichtlichkeit wegen in der Zeichnung weggelassen
worden. Die an den einzelnen Punkten angegebenen dort herrschenden Potentiale gelten
für die eine Halbwelle, während die eingeklammerten Werte für die andere Halbwelle
gültig sind. In einigen Schaltungsbeispielen sind wegen der glättenden Wirkung der
Drosselspulen gegebenenfalls gesonderte Ladekondensatoren überflüssig, die in diesem
Fall nur gestrichelt dargestellt sind. An den Ladekondensatoren sind die jeweiligen
Transformatorspitzenspannungen als Gleichspannungswerte angegeben. Wenn diese an
den Ladekondensatoren herrschenden Spannungen praktisch vorhanden sein sollen, dann
sind die an den zugeordneten Drosselspulen liegenden Maximalspannungen um die Drosselverluste
größer als die angegebenen Werte zu denken und entsprechend größer als die Drosselwechselspannung
zu halten, was durch entsprechende Überkompensation erreichbar ist. Der besseren
übersicht wegen sind auch die an die Ladekondensatoren angeschlossen zu denkendenLastkreiseweggelassenworden.
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Die Schaltungen nach den F i g. 3 und 4 haben die volle Transformatorspitzenspannung
2 U als Stufengleichspannung. Die Enden der Transformatorsekundärwicklung
bzw. der Drosselspulen sind in der Schaltung nach F i g. 3 über Kreuz durch
Gleichrichter G und die gleichen Seiten der Wicklungsenden über Schubkondensatoren
C in der in F i g. 1 gezeigten Weise miteinander verbunden. Bei dieser
Schaltung sind nur die Drosselspulen vom Laststrom durchflossen, deren Stufen einzeln
belastet sind.
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In der Schaltung nach F i g. 4 sind die Wicklungsenden des
Transformators T über je zwei in Reihe liegende Kondensatoren Cil,
C,2 bzw. C21, C22 mit den Enden der ersten Drosselspule verbunden.
Die Transformatormittelanzapfung ist über Gleichrichter Gil und G21 zwischen
den beiden Teilkondensatoren angeschlossen und durch Gleichrichter G 129
G22
mit der Mittelanzapfung der ersten Drosselspule verbunden. Die Verbindung
der ersten Drosselspule mit der zweiten entspricht der Schaltung nach F i
g. 1,
während die Verbindung der zweiten Drosselspule mit der dritten entsprechend
der ersten Stufe aufgebaut ist. Daher tritt an die Stelle der Schubkondensatoren
C, bzw. C, in F i g. 1 in diesem Fall die Gesamtkapazität der Reihenschaltung
der genannten Kondensatoren CI., C12 bzw. C.1, C.2. Der Drosselspulenstrom
verursacht einen veränderten Ladungsdurchgang durch die Gleichrichter Gl, und
G 2V wodurch über die Gleichrichter G 12 und G 22 das Gleichspannungspotential
am untersten Ladekondensator CL
und dem damit verbundenen Drosselmittelpunkt
beliebig erhöht wird, z. B. auf den Wert 2 U. An der Drosselspule
Di liegt dann eine zu diesem Spannungspotential symmetrische Wechselspannung mit
den Werten zwischen U und 3 U. Die nächstfolgende Drosselspule
D2 ist wie im Fall der F i g. 3 bzw. 1
geschaltet und die dritte
Drosselspule D 3 mit dieser wiederum in gleicher Weise wie die erste Stufe
zusammengeschaltet. In dieser Schaltung sind alle Drosselspulen gleichstromdurchflossen.
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Die Schaltungen nach den F i g. 5 und 6 ergeben Stufengleichspannungen
U, die gleich dem halben Spitzenspannungswert 2 U des Transformators
sind-Die Schaltung nach F i g. 5 unterscheidet sich von der Schaltung nach
F i g. 3 dadurch, daß je Stufe an Stelle von zwei Gleichrichtem in
diesem Fall vier vorgesehen sind. Je zwei Gleichrichter sind hintereinandergeschaltet
und die Verbindungen zwischen diesen mit einer gemeinsamen Leitung verbunden, an
der die halbe Spitzenspannung abgenommen werden kann.
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Die Schaltung nach F i g. 6 gleicht in der zweiten und dritten
Stufe der Schaltung nach F i g. 5, während sie sich in der ersten Stufe dadurch
unterscheidet, daß die Mittelanzapfung des Transformators Tr über zwei Gleichrichter
mit den Enden der ersten Drosselspule verbunden ist. Die Schaltung der Schubkondensatoren
ist dabei in jedem Fall gleich. Ferner sind in der letzten Stufe an die beiden Drosselspulenenden
noch zusätzlich zwei Gleichrichter angeschlossen, zwischen deren Verbindungspunkt
und der Mittelanzapfung der letzten Drosselspule ein Ladekondensator liegt.
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Die Schaltung nach F i g. 7 ergibt ebenfalls eine Stufenspannung
U. Da hier jeweils die Transformatormittelanzapfung mit den Enden der folgenden
Drosselspule und deren Mittelanzapfung mit den Enden der nächsten Drosselspule durch
Gleichrichter verbunden sind, werden alle Drosselspulen vom Laststrom durchflossen,
unabhängig davon, ob einzelne Stufen belastet sind oder nicht.
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Die Schaltung nach F i g. 8 stellt eine Umkehrung der Schaltung
nach F i g. 7 dar, da hier jeweils die Mittelanzapfung einer Drosselspule
mit den Enden der vorhergehenden Drosselspule bzw. des Transformators über Gleichrichter
in Verbindung steht. Der Mechanismus der Spannungskompensation ist im Fall der F
i g. 8 von dem der übrigen Schaltung verschieden, da hier die Gleichrichter
an Punkte geführt sind, die keine Wechselspannungspotentiale führen. Durch die Reihenschaltung
von Drosselspulen und Schubkondensatoren tritt jedoch in jeder Drossel eine solche
Anhebung der Wechselspannung ein, daß an jeder folgenden Stufe die halbe Transformatorspitzenspannung
erhalten wird bzw. eine um den Spannungsabfall an der Drosselspule größere Spitzenspannung
auftritt.
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Die Schaltung nach Fig. 9 ergibt eine Stufenspannung, die gleich
dem 11/2fachen Wert der Transforinatorspitzenspannung ist und somit den Wert
3 U
hat. Dabei sind wiederum alle Drosselspulen vom Laststrom durchflossen,
unabhängig davon, ob die einzelnen Stufen belastet sind oder nicht. Jeder Schubkondensator
ist in zwei Reihenkondensatoren
halber Kapazität unterteilt und
die Verbindung zwischen beiden Teilkondensatoren über einen Gleichrichter mit dem
anderen Ende des Transformators bzw. der zugeordneten Drosselspule verbunden, während
der über ihm dazu in Reihe liegende Gleichrichter mit der Mittelanzapfung der folgenden
Drosselspule verbunden ist. Es ergeben sich somit die eingetragenen Potentiale für
die einzelnen Halbwellen. Mit dieser Schaltung können große Spannungen schon mit
verhältnismäßig wenig Stufen und Drosselspulen erzielt werden. Die ständig vom Laststrom
durchflossenen Drosselspulen können zweckmäßig mit zwei Eisenkernen ausgestattet
werden und somit laststromabhängige Induktivitäten erhalten, so daß die Lastabhängigkeit
der Kompensationswicklung klein gehalten werden kann.
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Die Schaltung nach F i g. 10 zeigt schließlich eine Anordnung
mit verschieden aufgebauten Stufen und verschieden großen Stufenspannungen. Die
einzelnen Stufen sind in den vorhergehenden Figuren bereits beschrieben. Die gewünschte
Kaskade läßt sich in mannigfacher Weise abändern und durch weitere Stufen beliebiger
Schaltungsart ergänzen. Eine solche Schaltung ist insbesondere dann von Vorteil,
wenn von den einzelnen Stufendrosseln Hilfsverbraucher gespeist werden sollen, die
unterschiedliche Spannungen benötigen. Zum Speisen solcher Hilfsverbraucher können
die einzelnen Drosselspulen in an sich bekannter Weise gesonderte Sekundärwicklungen
erhalten, die in der Zeichnung der Einfachheit halber weggelassen sind.