Was ist ein Hochspannungsgenerator?
Ein Hochspannungsgenerator ist ein Gerät, das den vom Elektrizitätswerk empfangenen Niederspannungswechselstrom in Hochspannungswechsel- oder -gleichstrom umwandelt.
Der vom Energieversorgungsunternehmen übertragene Strom selbst hat eine hohe Spannung, z. B. 6,6 kV oder 33 kV, wird aber aus Sicherheitsgründen an der Stelle, an der der Strom tatsächlich verbraucht wird, in eine niedrigere Spannung umgewandelt, z. B. 200 V oder 400 V. Bei der Verwendung von Geräten, für deren Betrieb hohe Spannungen erforderlich sind, oder bei der Durchführung von Tests, bei denen hohe Spannungen verwendet werden, ist es notwendig, von diesen niedrigen Spannungen auf hohe Spannungen umzustellen.
Es gibt verschiedene Arten von Hochspannungsgeneratoren für unterschiedliche Anwendungen, die jeweils unterschiedliche Spannungseigenschaften und -bereiche aufweisen. Die Palette variiert von Hersteller zu Hersteller, umfasst jedoch Gleichstrom-Hochspannungs-Stabilisierungsgeräte, Stehspannungsprüf- und Durchschlaggeräte, Impulsspannungsgeneratoren, Hochspannungsimpulsgeneratoren und Hochspannungsprüfgeräte.
Anwendungen von Hochspannungsgeneratoren
Die Verwendungszwecke von Hochspannungsgeneratoren variieren je nach den Merkmalen der Geräte, aber die wichtigsten Anwendungen sind die folgenden:
- Beschichtung von verschiedenen Teilen wie Karosserien und Baumaterialien mit Gleichstrom-Hochspannung
- Spannungsfestigkeitsprüfung, Durchschlagsprüfung und Impulsprüfung von elektrischen Kabeln und anderen industriellen elektrischen Geräten
- Oberflächenbehandlung von Metallen, Kunststoffen und anderen Materialien durch wiederholte Erzeugung von Hochspannungen
- Abwasserbehandlung mit Unterwasserplasma
- Blitzschlag- und Überspannungsprüfungen durch die Erzeugung simulierter Blitze
- Hochspannungspraktika und Bewertungstests an technischen Hochschulen, Universitäten und anderen Qualifizierungszentren
Funktionsweise der Hochspannungsgeneratoren
Hochspannungsgeneratoren verwenden elektronische Schaltungen mit Verstärkerfunktion, so genannte Verstärkerschaltungen, um niedrige Spannungen in hohe Spannungen umzuwandeln.
Verstärkerschaltungen sind elektronische Schaltungen, die ein Ausgangssignal mit mehr Energie als das Eingangssignal erzeugen und aus Bauteilen wie Kondensatoren, Widerständen und Dioden bestehen. Ein typisches Beispiel ist die Cockcroft-Walton-Schaltung.
Cockcroft-Walton-Schaltungen werden verwendet, wenn eine relativ stromsparende Hochspannungsversorgung benötigt wird, die hohe Spannungen von mehreren 10 V bis zu mehreren Millionen Volt erzeugen kann. Die Schaltung besteht aus Kondensatoren und Gleichrichtern (Bipolarröhren oder Halbleiterdioden), die in einer Spannungsverstärkerschaltung leiterförmig übereinander angeordnet sind. Da die Schaltungskomponenten einfach sind, sind sie leichter und billiger als Transformatoren.
In einer Verstärkerschaltung wird beim Anlegen einer Spannung der vorgeschaltete Kondensator auf einen maximalen Spitzenwert des Eingangswertes aufgeladen. Die nachgeschaltete Polplatte hat dann ein Potenzial, das der Summe aus diesem Kondensator und der Spannung der Stromversorgung entspricht. Aufgrund des Gleichrichters fließt in der Sperrvorspannung kein Strom, und wenn Strom durch die Vorwärtsvorspannung zum nächsten Kondensator fließt, wird der nächste Kondensator entsprechend seinem Potenzial geladen.
Durch Wiederholung dieses Vorgangs werden die Kondensatoren nacheinander aufgeladen und ihr Potenzial steigt allmählich an. Die Entladung in Reihe in diesem Zustand erzeugt eine hohe Ausgangsspannung.