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Dokumentenidentifikation DE102005025998A1 21.12.2006
Titel Verfahren für den kontinuierlichen, getriggerten Betrieb eines Marx-Generators insbesondere von mehreren Marx-Generatoren zur Druckregelung und Abbranddetektion in den Funkenstrecken
Anmelder Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, 76133 Karlsruhe, DE
Erfinder Sack, Martin, 76287 Rheinstetten, DE
DE-Anmeldedatum 07.06.2005
DE-Aktenzeichen 102005025998
Offenlegungstag 21.12.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.12.2006
IPC-Hauptklasse H02M 7/26(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
Zusammenfassung Es wird ein Verfahren für den kontinuierlichen, getriggerten Betrieb eines Marx-Generators, insbesondere von mehreren Marx-Generatoren im optimalen Arbeitspunkt über einen längeren Zeitraum zur Druckregelung und Abbranddetektion, in den Funkenstrecken der Marx-Generatoren vorgestellt. Zur Triggerung wird an mindestens einer Funkenstrecke eines Marx-Generators eine mit der Zeit ansteigende Überspannung überlagert, die zum Durchbruch der Funkenstrecke führt. Der Überspannungswert zum Zeitpunkt des Durchbruchs wird bestimmt und zur Regelung des Drucks im Funkenstreckenturm und/oder des Abstandes der Kalotten herangezogen. Aus dem Zusammenhang zwischen Durchschlagspannung, Druck im Schalterturm und Abstand der Kalotten der getriggerten Funkenstrecke wird bei bekannter Durchschlagspannung und bekanntem Druck der Abstand bestimmt und zu einer Abbranddetektion herangezogen. Im Falle verstellbarer Kalotten erfolgt die Abbranddetektion auf der Grundlage einer Verschiebewegmessung in Ergänzung zu der Spannungs- und Druckmessung. Zur zeitlich definierten Auslösung mindestens zweier Marx-Generatoren wird der Zündverzug jedes Marx-Generators gemessen und werden die Triggersignale zeitlich so gestaffelt, dass die Ausgangsspannungen bzw. -ströme aller Marx-Generatoren innerhalb einer aufbaubedingten Streubandbreite zu den jeweils gewünschten Zeitpunkten ansteigen.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für den kontinuierlichen, getriggerten Betrieb eines Marx-Generators, insbesondere von mehreren Marx-Generatoren im optimalen Arbeitspunkt über einen längeren Zeitraum zur Druckregelung und Abbranddetektion in den Funkenstrecken der Marx-Generatoren.

Die Selbstdurchbruchspannung eines Marx-Generators hängt vom Funkenstreckenabbrand und vom Druck im Schalterturm ab. Bei einem getriggerten Betrieb mittels Überspannungstriggerung (siehe beispielsweise DE 103 20 425) ist es für einen geringen Zündverzug vorteilhaft, die Selbstdurchbruchspannung nur wenig oberhalb der gewünschten Ladeendspannung zu legen. Dazu muss bei feststehendem Funkenstreckenabstand der Druck im Funkenstrecken-/Schalterturm entsprechend angepasst werden. (Der Funkenstrecken-/Schalterturm ist das gleichartige Aneinanderreihen in einem zur Umgebung hin hermetisch abschließbaren, dielektrischen Rohr der für den Marx-Generator notwendigen Anzahl an Funkenstrecken. Das Rohr wird für den Betrieb mit einem Isoliergas bis zu einem vorgegebenen Druck gefüllt. Die beiden Kalotten einer Funkenstrecke stehen sich, in der Rohrwand eingebaut, mit vorgegebener Spaltbildung gegenüber.) Über der Betriebszeit unterliegen die Funkenstrecken einem Abbrand, wodurch sich der Abstand und damit die Selbstdurchbruchspannung erhöht. Dies muss durch Senken des Isoliergasdruckes ausgeglichen werden. Alternativ dazu ist das Nachstellen des Funkenstreckenabstands, also die Weite des spaltbildenden Abstandes der zwei Kalotten einer Funkensstrecke. Während des getriggerten Betriebs kann die Selbstdurchbruchspannung jedoch nicht direkt gemessen werden. Auch die Messung des Funkenstreckenabbrands ist nicht ohne weiters möglich.

Bei repetierend betriebenen frei laufenden Marx-Generatoren mit geschlossenem Funkenstreckenturm wird der Druck im Funkenstreckenturm in Abhängigkeit von der gemessenen Ladespannung der Kondensatoren zum Zündzeitpunkt der gemessenen Ausgangsspannung, der Selbstdurchbruchspannung, oder des Ausgangsstroms nachgeregelt.

Bei getriggerten Marx-Generatoren mit offenem Funkenstreckenturm, wie sie für Prüftechnikzwecke zum Einsatz kommen, wird die Selbstdurchbruchspannung üblicherweise durch Abstands/Spaltweitenverstellung der Funkenstrecken der Ladespannung angepasst. Im Falle einer automatischen Anpassung geschieht dies über eine im Gerät fest hinterlegte Kennlinie in Abhängigkeit von der eingestellten Ladespannung.

Bei der vorgesehenen Anwendung zur Elektroporation von Zuckerrüben arbeiten mehrere Marx-Generatoren nur über Dämpfungswiderstände entkoppelt auf eine gemeinsame Last. Ist sichergestellt, dass nur alle Marx-Generatoren gemeinsam zünden, können Verluste durch Randfelder im Elektroporationsbereich reduziert werden. Außerdem kann der Abstand der Zuleitungen mit geringerem Abstand zueinander aufgebaut werden. Ein probeweiser Betrieb der Generatoren im Selbstdurchbruch zwecks Druckeinstellung führte zu einer inhomogeneren Feldstärkeverteilung und einem höheren Einzelstrom. Zudem wird die Isolation der Leitungen zwischen Marx-Generator und Last stärker beansprucht. Eine Nachstellung während des Regelbetriebs ist daher nicht möglich.

Eine Nachstellung der Funkenstreckenabstände bzw. des Drucks abhängig von der Ladespannung nach einer festen Kennlinie, wie sie bei Prüftechnikgeneratoren üblich ist, berücksichtigt nicht den Funkenstreckenabbrand und die dadurch notwendige zusätzliche Nachregelung. Eine zusätzliche Einrichtung zur Messung des tatsächlichen Funkenstreckenabstands ist hierzu notwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Druck- bzw. Abstandsregelung an Schaltfunkenstrecken eines Marx-Generators sowie eine Abbranddetektion derselben durchzuführen.

Die Erfindung wird durch die Verfahrensschritte des Anspruchs 1 gelöst. Zur Triggerung wird an mindestens einer Funkenstrecke eines Marx-Generators eine mit der Zeit ansteigende Überspannung überlagert, die zum Durchbruch der Funkenstrecke führt. Der Überspannungswert wird zum Zeitpunkt des Durchbruchs bestimmt und zur Regelung des Drucks im Funkenstreckenturm und/oder des Abstandes der Kalotten herangezogen. Aus dem Zusammenhang zwischen Durchschlagspannung, Druck im Schalterturm und Abstand der Kalotten der getriggerten Funkenstrecke wird bei bekannter Durchschlagspannung und bekanntem Druck der Abstand bestimmt und zu einer Abbranddetektion herangezogen. Im Falle verstellbarer Kalotten erfolgt die Abbranddetektion auf der Grundlage einer Verschiebewegmessung in Ergänzung zu der Spannungs- und Druckmessung. Zur zeitlich definierten Auslösung mindestens zweier Marx-Generatoren wird der Zündverzug jedes Marx-Generators gemessen und werden die Triggersignale zeitlich so gestaffelt, dass die Ausgangsspannungen bzw. -ströme aller Marx-Generatoren innerhalb einer aufbaubedingten Streubandbreite zu den jeweils gewünschten Zeitpunkten ansteigen.

Bei der Überspannungstriggerung wird an einer Funkenstrecke beispielsweise mittels Impulsübertrager an einer Ladeinduktivität (Anspruch 5) oder kapazitiv (Anspruch 6) eine Überspannung angelegt. Aufgrund der Streukapazitäten des Marx-Generators und der Innenimpedanz der Quelle besitzt diese Spannung eine Anstiegszeit, die aufbaubedingt ist. Die Spannungsform ist eine gedämpfte Schwingung, die beim Ansprechen der Funkenstrecke in der Stirn abgeschnitten wird. Sie kann in diesem Bereich durch einen zeitlinearen Anstieg angenähert werden. Die momentane Spannung über der Funkenstrecke steht in einem definierten zeitlichen Zusammenhang zum Auslösezeitpunkt des Triggerimpulses. Durch eine Messung der Zeitdifferenz zwischen Triggerauslösung und Durchschlag der Funkenstrecke kann demnach auf die Durchschlagspannung der Funkenstrecke zurück geschlossen werden (Anspruch 3). Durch Mittelwertbildung über mehrere Zeitmessungen lässt sich die mittlere Selbstdurchbruchspannung bestimmen, die durch Druckverstellung oder Abstandsverstellung angepasst werden kann (Anspruch 2). Anders ausgedrückt: mittels Druck- oder Abstandsverstellung lässt sich für jede gewünschte Ladespannung im Auslegungsbereich der gleiche optimale Zeitverzug zwischen Triggerauslösung und Durchbruch der Funkenstrecke finden, was der optimalen Einstellung des Arbeitsdrucks oder -abstands entspricht.

Nach dem Paschen-Gesetz, das die statische Durchschlagspannung einer Funkenstrecke angibt, in Zusammenhang mit dem Flächen-Zeit-Gesetz nach Kind, nach dem die dynamische Überspannung abgeschätzt werden kann, kann aus der Durchschlagspannung und dem Druck auf den Abstand der Funkenstrecken und damit den Abbrand geschlossen werden. Ist der Druckregelbereich bzw. Nachstellbereich ausgeschöpft, müssen die Elektroden getauscht werden. Der ermittelte Funkenstreckenabstand kann daher zur abnutzungsabhängigen Bestimmung des nächsten Wartungszeitpunkts zum Austauschen der Funkenstrecken herangezogen werden. Wird der Funkenstreckenabstand automatisch nachgestellt, ist eine Messung des Nachstellwegs notwendig.

Üblicherweise hat die getriggerte Funkenstrecke einen etwas kleineren Abstand als die übrigen Funkenstrecken und bestimmt deshalb die Selbstdurchbruchspannung des Marx-Generators. Da alle Funkenstrecken vom gleichen Strom durchflossen werden, ist erwartungsgemäß auch der Abbrand gleich, so dass eine Messung an der getriggerten Funkenstrecke genügt.

Zur synchronen Auslösung mehrerer Marx-Generatoren muss der Zündverzug jedes Marx-Generators gemessen und die Triggersignale zeitlich so gestaffelt werden, dass die Ausgangsspannungen bzw. -ströme aller Generatoren innerhalb einer tolerablen Streubandbreite gleichzeitig ansteigen. Die Zündverzögerung eines Marx-Generators, d.h. die Zeit zwischen dem Zünden der ersten und der letzten Funkenstrecke hängt bei gegebenem geometrischen Aufbau (Streukapazitäten zum Bezugspotential, meist Erdpotential) vom Abstand der Funkenstrecken, vom Gasdruck im Schalterturm sowie von der statistischen Zündverzugszeit jeder Funkenstrecke ab. Durch eine Druckregelung bzw. Abstandsnachstellung wird der Effekt des Abbrands auf die Zündverzugszeit des Marx-Generators zwar in gewissem Rahmen kompensiert, abhängig von der erforderlichen Toleranz kann jedoch eine gestaffelte Auslösung nötig sein. Hierzu wird für jeden Marx-Generator getrennt die Zeit zwischen Triggerauslösung und Spannungs- bzw. Stromanstieg am Ausgang bestimmt, gemittelt und durch Veränderung der Triggerzeitpunkte die Generatorausgangssignale zueinander synchronisiert (Anspruch 2). Die statistische Zündverzugszeit der einzelnen Funkenstrecken kann bei Bedarf durch die Vorionisation mittels ionisierender Strahlung verringert werden, das ist eine Methode zur Vergleichmäßigung des Durchschlagverhaltens von freilaufenden Funkenstrecken (Anspruch 4).

Nach Anspruch 8 kann die Überspannung durch den Aufladevorgang der Erdstreukapazitäten mindestens einer nachfolgenden Stufe in einem Marx-Generator hervorgerufen werden. Nach Anspruch 9 durch den Aufladevorgang des kapazitiven Anteils und/oder den ohmschen Anteil einer an den Ausgang des Marx-Generators angeschlossenen Lastimpedanz. Auch durch einen ohmschen Anteil der Lastimpedanz wird der Ausgang des Marx-Generators mit massenahem Potential verbunden, was zu einer Überspannung über der letzten Funkenstrecke führt. Bei einer Detektion des Zündzeitpunktes ist somit auch eine Überwachung des Funkenstreckenabstands der übrigen Funkenstrecken möglich. In den Figuren ? und ? sind die Erdstreukapazitäten sowie eine ohmschkapazitive Last eingezeichnet.

Zum Beobachten des Durchschaltens der Funkenstrecke haben sich optoelektronische Mittel bewährt, z.B. die Aufnahme der Helligkeitsänderung durch ein auf den Spalt der Funkenstrecke gerichteten Lichtleitfasereingang. Die Lichtleitfaser endet an einer Photodiode (Anspruch 10). Eine elektrische Variante ist in Anspruch 11 beschrieben, nämlich dass das Durchschalten einer Funkenstrecke kapazitiv mittels Koppelkondensator ausgekoppelt und weiterverarbeitet wird.

Neu an der Erfindung ist:

  • – die Bestimmung der Selbstdurchbruchspannung einer Funkenstrecke des Marx-Generators beim Anlegen eines Triggerimpulses durch Messung der Zeit zwischen Impulsanfang bzw. Auslöseimpuls für den Trigger und Funkenstreckendurchbruch;
  • – die Regelung des Stickstoffdrucks im Schalterturm bzw. des Funkenstreckenabstands derart, dass die Selbstdurchbruchspannung nur wenig oberhalb der Ladespannung liegt, wobei die mittlere gemessene Zeit zwischen Triggerimpulsbeginn und Funkenstreckendurchbruch als Regelgröße dient;
  • – die Bestimmung des Funkenstreckenabbrands aus der mittels Zeitmessung bestimmten Durchschlagspannung und dem Druck im Schalterturm bzw. der Wegmessung einer evtl. eingebauten Funkenstreckenverstellvorrichtung nach dem Paschengesetz;
  • – die Schätzung des Zeitraums bis zum nächsten abbrandbedingten Tausch der Funkenstrecken.

Damit werden folgende Vorteile erzielt:

  • – ein kontinuierlicher, getriggerter Betrieb insbesondere mehrerer Marx-Generatoren im optimalen Arbeitspunkt über einen längeren Zeitraum;
  • – ein einfacher Betrieb des Marx-Generators bei innerhalb der Auslegungsgrenzen frei wählbarer Ladespannung;
  • – eine planbare, abnutzungsabhängige Terminfestlegung für die nächste Wartung.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Diagramme aus Versuchsergebnissen noch näher erläutert. Es zeigen:

1 den Spannungsverlauf vor der Funkenstrecke der Stufe 2 bei einer Ladespannung von 30 kV/Stufe;

2 die Lichtsignale der Funkenstrecke;

3 den Spannungsverlauf vor der Funkenstrecke der Stufe 2 bei einer Ladespannung von 0 kV/Stufe;

4 Triggerverzug an einem 7-stufigen Marx-Generator;

5 Triggerverzug an einem 7-stufigen Marx-Generator;

6 Marx-Generator mit Überspannungstriggerung der ersten Funkenstrecke;

7 bipolar betriebener Marx-Generator;

8 zwei Marx-Generatoren gleicher Polarität.

1 zeigt den Spannungsverlauf, vor der Funkenstrecke der Stufe 2 gemessen, gegenüber Masse. Der Marx-Generator wird zunächst parallel auf 30 kV/Stufe geladen. Ca. 500 ns von dem Durchbruch der ersten, getriggerten Funkenstrecke steigt bei t2 die Spannung über der ersten Funkenstrecke zur Triggerung zu negativen Werten hin betragsmäßig an. Nachdem sie durchgeschaltet hat, steigt die Spannung an diesem Punkt auf doppelte Stufenspannung an, hier: 60 kV, hat also einen Nulldurchgang. Dieser Wert bleibt für ca. 300 ns konstant, bis der gesamte Marx-Generator also auch die letzte Funkenstrecke durchgeschaltet ist, d.h. alle Stufen zum Zeitpunkt t3 durchgeschaltet sind. Sobald der Laststrom zu fließen beginnt, > t3, bestimmt kurzzeitig die induktive Spannungsaufteilung der Lastschleife die Potentialverteilung und die gemessene Spannung bricht in diesem Beispiel auf Werte im negativen Bereich ein. Es findet vorübergehend eine Potentialverschiebung aufgrund induktiver Spannungsabfälle statt. Schließlich entlädt sich der Marx-Generator über den Lastwiderstand. Der Zeitablauf ist somit folgender:

t1
Triggerauslösung;
t1 – t2
Triggerspannungsaufbau über der getriggerten Funkenstrecke zusätzlich zur Ladespannung des Stufenkondensators, Ladung der Streukapazitäten des Marx-Generators;
t2
Zündung der ersten Funkenstrecke;
t2 – t3
sukzessives Durchzünden der festlichen Funkenstrecken des Marx-Generators, Summenspannung zweier Stufen (60 kV) am Messpunkt;
t3
Durchzünden der letzten Funkenstrecke, Beginn des Laststromanstiegs;
> t3
Entladen des Marx-Generators über die Last, dabei zunächst Potentialverschiebung aufgrund induktiver Spannungsabfälle.

2 zeigt das Diagramm des zeitlichen Durchzündverhaltens anhand der Lichtsignale der einzelnen Funkenstrecken, hier sieben Funkenstrecken, die mittels Lichtwellenleiter ausgekoppelt wurden. Zur Weiterverarbeitung werden die optischen Signale in elektrische gewandelt. Bereits während der Durchzündphase ist ein auswertbares Lichtsignal von der ersten Funkenstrecke zu erhalten, das zur Zeitbestimmung der Phase des Triggerspannungsaufbaus und damit zur Triggerspannungsmessung geeignet ist. Bereits bei den zur Zeit eingesetzte Marx-Generatoren dient das über Lichtwellenleiter aus der 1. Funkenstrecke ausgekoppelte Licht zur Zündüberwachung aber auch zur Notabschaltung im Fehlerfall. Eine optische Auskopplung ist also vorhanden und damit bietet sich die optische Signalerfassung an. Daneben können auch andere Methoden der Zündüberwachung für die genannte Zeitbestimmung geeignet sein, beispielsweise die kapazitive und damit elektrische Impulsauskopplung. Im Diagramm der 2 bedeutet:

LWL 7
das Lichtsignal der ersten, getriggerten Funkenstrecke;
LWL 1
das Lichtsignal der letzten Funkenstrecke;
t = 0
ist der Beginn des Durchzündens der letzten Funkenstrecke und damit der Beginn des Laststromanstiegs.

3 zeigt den Spannungsverlauf vor der Funkenstrecke der Stufe 2 gegenüber Masse, wenn nur die Triggerspannung anliegt, ohne dass die Kondensatoren des Marx-Generators geladen sind also ohne Ladespannung. Die statische Durchbruchspannung der Funkenstrecke liegt bei ca. 37 kV. Wegen der Zündverzugszeit und der Funkenaufbauzeit schlägt die Funkenstrecke bei einem schnellen Spannungsanstieg bei einer höheren Spannung als der statischen Durchbruchspannung durch (vgl. Flächen-Zeit-Gesetz nach Kind), im Beispiel sind es ca. 50 kV. Dies entspricht den Verhältnissen bei geladenem Marx-Generator; nach 1 schlägt die Funkenstrecke bei –16 kV über, was bei einer Ladespannung von 30 kV einer Gesamtspannung von 46 kV entspricht.

Die 4 und 5 zeigen für einen überspannungsgetriggerten 7-stufigen Marx-Generator den Triggerverzug, gemessen vom Spannungsanstieg der Triggerspannung bis zum Durchbruch der 1. Funkenstrecke, die Durchzündzeit des Marx-Generators, gemessen vom Durchschalten der ersten Funkenstrecke bis zum Beginn des Stromanstiegs an der Last, die gesamte Zündzeit als Summe der beiden vorgenannten Zeiten, die vom Überspannungstrigger gelieferte Zündspannung (Spannungsscheitel ohne den Ladespannungsanteil), sowie den Stromscheitel eines Teilstroms durch die Last (R des Gesamtstroms) für die folgenden Betriebsfälle:

Die Diagramme zeigen, wie die gemessene Zündspannung mit der Triggerverzugszeit korreliert. Bei optimaler Einstellung ergibt sich ab Schuss Nr. 50 ein Triggerverzug von ca. 300 ns entsprechend einem Mittelwert der Zündspannung von ca. –6 kV. Diese Werte wurden mit Vorionisation der getriggerten 1. Funkenstrecke (Anspruch 4) erzielt.

6 (siehe auch DE 103 20 425) zeigt beispielhaft einen dreistufigen Marx-Generator dessen erste Funkenstrecke FS1 gezielt durch den Impulsübertrager gezündet wird. Der vorgestellte Marx-Generator ist für den repetierenden Betrieb und deshalb mit den Ladespulen L1 bis L4 bestückt, die während der Aufladephase die Kondensatoren C1 bis C3 parallel schalten (siehe 1 bis 3). Hierbei ist beispielsweise die erdseitige Ladespule L1 zum Impulsübertrager ergänzt. Die durch diesen Übertrager erzeugte Spannung addiert sich zur Ladespannung des Kondensators der ersten Stufe und erzeugt bei geeigneter Polung die Überspannung an der Funkenstrecke FS1 dieser Stufe. Die Überspannung verhilft also zeitlich gezielt zum Selbstdurchbruch der Funkenstrecke FS1. Bei einer primären Pulsspannung geeigneter Höhe, hier beispielsweise 6 kV, zündet der Marx-Generator reproduzierbar unterhalb seiner statischen Zündspannung durch.

Wie bei nach herkömmlichen Methoden getriggerten Marx-Generatoren ist die statische Durchbruchspannung der Funkenstrecken auf ca. 5–10% oberhalb der Ladespannung der einzelnen Stufen eingestellt. Die Einstellung erfolgt gemäß der Paschen-Kurve wie üblich durch Variation des Elektrodenabstands und/oder des Gasdrucks in der Funkenstrecke. Nach dem Durchzünden der drei Funkenstrecken FS1 bis FS3 sind die Kondensatoren C1 bis C3 in Serie an die Last R1 geschaltet, über die sie sich im Hauptstrompfad entladen. Stromschwache Nebenentladungspfade führen über die Ladespulen L1–L4. Der unterste Stufenkondensator C1 liegt auf Erdpotential als Bezugspotential. Während des Ladevorgangs werden alle drei Stufenkondensatoren C1, C2, C3 über das Netzteil NT auf die Stufenspannung von beispielsweise 50 kV über die Ladespulen L1 bis L4 mit einem ungeregelten anfangsbegrenzten Strom oder Konstantstrom von beispielsweise 300 mA aufgeladen.

In 6 wird an der zum Impulsübertrager erweiterten Ladespule zum Zünden an der Eingangswicklung bei Speisung aus einer Spannungsquelle ein Spannungsimpuls von einem Dachwert von beispielsweise ca. 6 kV, bei einer anderen Auslegung zur Speisung aus einer Stromquelle ein Stromimpuls der innerhalb von beispielsweise ca. 300 nsec von beispielsweise 120 A auf 0 A absinkt, gelegt, der an der Ausgangswicklung des Impulsübertrager, der Ladespule, einen bis zum Durchbruch der Funkenstrecke ansteigenden Spannungsimpuls erzeugt.

7 zeigt einen bipolar betriebenen Marx-Generator, der aus zwei Teilgeneratoren aufgebaut ist. Insbesondere bei einem bipolar betriebenen Marx-Generator kann eine Überspannungstriggerung der zweiten, nicht getriggerten Hälfte vorteilhaft über eine zusätzliche Kapazität erfolgen, die die beiden erdseitigen Stufen koppelt und jeweils die Anschlüsse Nr. 1 der Stufenkondensatoren C2 und C4 verbindet. Zunächst wird die erste Stufe der unteren Hälfte des Generators gezündet. Sobald die mit Masse direkt verbundene Funkenstrecke durchschaltet, verschiebt sich das Potential am Ausgang der 1. Stufe, an dem der Koppelkondensator angeschlossen ist, von Masse zu negativen Werten hin. Der Koppelkondensator überträgt diese Spannungsänderung an den Ausgang der ersten Stufe der oberen Generatorhälfte, so dass an der Funkenstrecke dieser Stufe eine Überspannnung entsteht und diese Funkenstrecke durchschaltet. Die beiden Generatorhälften zünden dann wie üblich unabhängig voneinander durch. Die Koppelkapazität kann alternativ oder auch zusätzlich zwischen die Anschlüsse Nr. 2 der Kapazitäten C2 und C4 geschaltet werden. Durch die Serienschaltung eines Widerstands oder einer Induktivität kann die Spannungsänderung für eine bessere Messung moderat verlangsamt werden.

Mehrere Generatoren gleicher Polarität können mittels einer Serienschaltung aus Kapazität und Widerstand zwischen den Ausgängen der beiden ersten Stufen gekoppelt sein, wie 7 zeigt. Induktiv wird am ersten Generator eine Überspannung eingekoppelt, die über die Kondensator-Widerstandskombination auch auf den Ausgang der ersten Stufe des 2. Generators übertragen wird. Dabei muss durch eine Staffelung der Durchschlagspannungen gewährleistet sein, dass die Funkenstrecke des 2. Marx-Generators vor der des 1. Marx-Generators zündet, da beim Zünden des 1. Generators die Ausgangsspannung der 1. Stufe die Triggerspannung gegensätzlicher Polarität überlagert. Beim Zünden des 2. Generators verhindert der Widerstand eine frühzeitige Rückwirkung auf den Triggerpulsgenerator. Statt eines Widerstands kann auch eine Induktivität eingesetzt werden. Im Falle gleicher Stufenspannung kann auch auf den Kondensator verzichtet werden.

8 zeigt schließlich eine Variante mit zwei Generatoren gleicher Polarität, bei der eine Überspannung entgegengesetzter Polarität über der 1. Funkenstrecke dadurch erzeugt wird, dass eine Spannung von mindestens doppelter Stufenspannung an den Ausgang der 1. Stufe des 2. Marx-Generators eingekoppelt wird. diese Spannung wird dem Ausgang der 2. Stufe des 1. Generators mittels eines Koppelkondensators entnommen. Über den Ladungspumpeneffekt am Stufenkondensator der 2. Stufe an Marx 2 könnte allerdings die 2. Stufe des 2. Marx-Generator vor dessen erster Stufe zünden. Hier müssten geeignete Maßnahmen dagegen getroffen werden, beispielsweise indem L3 am ersten Marx-Generator genügend groß gewählt und für ein schnelles Durchschalten der Funkenstrecke FS2 am Marx-Generator 1 ge- sorgt wird.


Anspruch[de]
Verfahren für den kontinuierlichen, getriggerten Betrieb eines Marx-Generators insbesondere von mehreren Marx-Generatoren im optimalen Arbeitspunkt über einen längeren Zeitraum zur Druckregelung und Abbranddetektion, in den Funkenstrecken der Marx-Generatoren,

wobei die Funkenstrecken eines Marx-Generators in einen Schalterturm mit unter regelbarem Druck stehender Isoliergasatmosphäre eingebaut sind und/oder wenigstens eine Kalotte der beiden spaltbildenden Kalotten einer Funkenstrecke axial verstellbar ist,

bestehend aus den Schritten:

zur Triggerung wird an mindestens einer Funkenstrecke eines Marx-Generators eine mit der Zeit ansteigende Überspannung überlagert, die zum Durchbruch der Funkenstrecke führt,

der Überspannungswert zum Zeitpunkt des Durchbruchs wird bestimmt und zur Regelung des Drucks im Funkenstreckenturm und/oder des Abstandes der Kalotten herangezogen,

aus dem Zusammenhang zwischen Durchschlagspannung, Druck im Schalterturm und Abstand der Kalotten der getriggerten Funkenstrecke wird bei bekannter Durchschlagspannung und bekanntem Druck der Abstand bestimmt und zu einer Abbranddetektion herangezogen,

im Falle verstellbarer Kalotten erfolgt die Abbranddetektion auf der Grundlage einer Verschiebewegmessung in Ergänzung zu der Spannungs- und Druckmesssung,

zur zeitlich definierten Auslösung mindestens zweier Marx-Generatoren wird der Zündverzug jedes Marx-Generators gemessen und werden die Triggersignale zeitlich so gestaffelt, dass die Ausgangsspannungen bzw. -ströme aller Marx-Generatoren innerhalb einer aufbaubedingten Streubandbreite zu den jeweils gewünschten Zeitpunkten ansteigen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gemessene Überspannung über mehrere Zündungen gemittelt wird und der gemittelte Wert statt eines Einzelmesswertes zur Abstandsbestimmung herangezogen wird. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überspannung statt einer Spannungsmessung durch die Messung der Zeitdifferenz zwischen Triggerauslösung und Funkenstreckendurchbruch bestimmt wird, wobei der zeitliche Spannungsverlauf bekannt ist. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die statistische Zündverzugszeit der einzelnen Funkenstrecken durch eine Vorionisation verringert wird. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überspannung induktiv mittels eines Übertragers in den Kreis eingekoppelt wird. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überspannung kapazitiv mittels einer Kapazität in den Kreis eingekoppelt wird. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Spannungsquelle mindestens eine Stufe eines weiteren Marx-Generators verwendet wird. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Überspannung durch den Aufladevorgang der Erdstreukapazitäten mindestens einer nachfolgenden Stufe in einem Marx-Generator hervorgerufen wird Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Überspannung durch den Aufladevorgang des kapazitiven Anteils und/oder des ohmschen Anteils einer an den Ausgang des Marx-Generators angeschlossenen Lastimpedanz hervorgerufen wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchschalten einer Funkenstrecke optoelektronisch festgestellt wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchschalten einer Funkenstrecke kapazitiv mittels Koppelkondensator ausgekoppelt und weiterverarbeitet wird.






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