DE19537155A1 - Spannungsteiler für Hochspannungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Spannungsteiler für Hochspan­ nungen gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Spannungsteiler dieser Art werden z. B. in Regelkreisen für Hochspannungsgeräte oder -anlagen wie Hochleistungs-Sender oder Hochspannungs-Gleichstromversorgungen für Teilchenbe­ schleuniger eingesetzt.

In solchen Hochspannungssystemen ergeben sich häufig Pro­ bleme mit der Regelung der Hochspannung: die Ist-Spannung (z. B. - 20 kV) wird zunächst geteilt. Ei­ ne der Teilspannungen wird als Abbild des Istsignals der Hochspannung abgegriffen und zum Soll-Ist-Vergleich dem Regelkreis bzw. dem Regelverstärker zugeführt. Nach dem Soll-Ist-Vergleich wird mit der aus dem Vergleich gewonne­ nen Fehlerspannung, d. h. der Korrekturspannung, auf die Hochspannung eingewirkt, damit die Ist-Spannung auf den Wert der Soll-Spannung gebracht wird (Regelvorgang).

Als problematisch gestaltet sich hierbei im allgemeinen die eigentliche Spannungsteilung, da die Rückkopplung häufig nicht dem Abbild der Hochspannung entspricht und es dann zu unerwünschten Regelabweichungen kommt.

Im Prinzip kann dieses Problem bekanntlich durch einen ohmsch-kapazitiven Spannungsteiler gelöst werden, der - wie Fig. 2 zeigt - im einfachsten Fall aus zwei in Reihe geschalteten Parallelschaltungen 1 und 2 aus einem ohm­ schen Widerstand R1 bzw. R2 und einen Kondensator C1 bzw. C2 besteht und der mit seinen freien Enden 3 bzw. 4 an die Hochspannung (z. B. U₀ = - 20 kV) bzw. an ein Bezugspoten­ tial (Masse) angeschlossen ist. Zwischen den beiden Paral­ lelschaltungen ist ein Abgriffspunkt 5, an dem die für den Regelkreis vorgesehene Teilspannung (z. B. U₁ = - 27 V) ab­ gegriffen wird.

Im Beispielsfall der Fig. 2 tritt somit in die obere Pa­ rallelschaltung 1 eine Potentialdifferenz ΔU = |U₀-U₁| von nahezu 20 kV auf. Um Spannungsdurchschläge zu verhin­ dern, wird diese Baugruppe im allgemeinen mit geeigneten Materialien (z. B. Kunstharz) vergossen. Der Verguß verur­ sacht - wie in Fig. 3 symbolisch dargestellt - jedoch parasitäre Kapazitäten CP, die mit dem ohmschen Widerstand R1 der Parallelschaltung 1 einen RC-Tiefpaß bilden. Um Störungen dieser Art zu vermeiden, wurde bereits vorge­ schlagen, den ohmschen Widerstand in ein Metallrohr zu stecken und dieses z. B. mit Kunstharz zu vergießen. Eine weitere Störung ist darin zu sehen, daß beim Senden die Kollektorleitung 9 mit ihren dauernden Stromänderungen induktiv auf die Rückführung einwirkt, was ebenfalls zu unerwünschten Regelabweichungen führt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Spannungs­ teiler der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die unerwünschten Einwirkungen der parasitären Kapazitäten bzw. der Kollektorleitung auf die ohmschen Widerstände des Spannungsteilers bzw. auf dessen Rückführung möglichst ge­ ring sind und der möglichst einfach in seinem Aufbau ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 beschrieben. Die übrigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.

Ein erster Vorteil der Erfindung ist in ihrer hohen Ab­ schirmwirkung gegenüber den geschilderten parasitären Störeinflüssen zu sehen.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist in ihrem einfachen Aufbau zu sehen. Dies äußert sich vor allem darin, daß bei der erfindungsgemäßen Lösung der Kompensationskondensator zusätzlich mit seiner "Außenhaut" (den Elektroden) die Ab­ schirmung des in ihm angeordneten ohmschen Widerstands übernimmt mit der Folge, daß das sonst üblicherweise ver­ wendete Abschirmrohr für den ohmschen Widerstand nicht mehr benötigt wird und eingespart werden kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Fig. 1 näher erläutert, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung im Ausschnitt zeigt.

Ausgehend von einem Spannungsteiler gemäß Fig. 2 mit (bei­ spielhaft) n = 2 Parallelschaltungen aus ohmschem Wider­ stand und Kondensator R1, C1 bzw. R2 C2, wird die Paral­ lelschaltung 1 mit einer hohen Spannungsdifferenz (z. B. nahezu - 20 kV) beaufschlagt, während die andere Paral­ lelschaltung 2 lediglich mit einer minimalen Spannungsdif­ ferenz von z. B. etwa - 27 V beaufschlagt wird (asymme­ trische Spannungsteilung). Zur Abschirmung des Widerstands R1 der ersten Parallelschaltung 1 ist gemäß Fig. 1 vorge­ sehen, den Kondensator C1 mit zwei topfförmigen Elektroden 6 und 7 zu realisieren, die umgekehrt und berührungsfrei ineinandergesteckt sind und dadurch einen abgeschirmten Innenraum 8 bilden, in dem der zugehörige ohmsche Wider­ stand R1 der Parallelschaltung 1 angeordnet ist.

Wie aus der Fig. 1 ersichtlich, ist die äußere Elektrode 7 in ihren Abmessungen etwas größer als die innere Elektrode 6, so daß eine Berührung der beiden Elektroden dadurch ausgeschlossen ist. Beide Elektroden haben vorzugsweise kreis- oder ellipsenförmigen Querschnitt. Zur Realisierung der Parallelschaltung R1, C1 ist der Widerstand R1 mit seinem einen Ende an die eine Elektrode 6 und mit seinem anderen Ende an die andere Elektrode 7 des Kondensators C1 angeschlossen.

Die Erfindung ist nicht auf das geschilderte Ausführungs­ beispiel beschränkt, sondern vielmehr auch auf andere übertragbar.

So ist es z. B. denkbar, nicht nur eine der beiden Paral­ lelschaltungen in Fig. 1 auf diese Weise abzuschirmen, sondern alle beide. Dies ist z. B. dann von Interesse, wenn über beide Parallelschaltungen erhebliche Spannungsdifferenzen abfallen.

Auch kann ein Spannungsteiler dieser Art mit mehr als zwei in Reihe geschalteten RC-Parallelschaltungen realisiert werden, von dem wiederum nur einzelne oder alle Parallel­ schaltungen nach dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 auf­ gebaut sind.

Denkbar ist auch, daß der Querschnitt der Topfelektroden der Kondensatoren m-eckig (m 3) ausgebildet ist.

Claims (3)

1. Spannungsteiler für Hochspannungen, der aus n in Reihe geschalteten Parallelschaltungen (1 bzw. 2) jeweils eines ohmschen Widerstands (R1 bwz. R2) mit einem Kondensator (C1 bzw. C2) besteht mit n 2 und der zwischen (5) den Parallelschaltungen (1, 2) sowie an den beiden freien Enden (3, 4) der Reihenschaltung der Parallelschaltungen (1, 2) Abgriffpunkte aufweist, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Kondensatoren (C1) einzelner oder aller Pa­ rallelschaltungen (1) jeweils zwei topfförmige Elek­ troden (6, 7) aufweisen, die umgekehrt und berührungs­ frei ineinandergesteckt sind und dadurch einen abge­ schirmten Innenraum (8) bilden;
• - daß der zugehörige Widerstand (R1) der jeweiligen Pa­ rallelschaltung (1) im Innenraum (8) des Kondensators (C1) dieser Parallelschaltung (1) angeordnet ist.

2. Spannungsteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Querschnitt der topfförmigen Elektroden kreis- oder ellipsen- oder m-eckförmig ist mit m 3.

3. Spannungsteiler nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß n = 2 und/oder der Quer­ schnitt der Elektroden kreisförmig ist.