Наносекундный коммутатор

Наносекундный коммутатор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1ОЮЗящ аАтпг, () .-..-. Щаотенав Qgp

ОП ИСАНЙ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскин

Социалистических

Республик (11) 44I663 ) ф4с фкфЪ (61) Зависимое от авт. свидетельства(22) Заявлено24,0I. 73 (21Х880688/26-0 (51) М. Кл.

Н 03к Г7/02

Н 03 k 3/53 с присоединением заявки—

Государственный квинтет

Совета йнннстроа СССР оо делам нзооретеннй н открытнй (32) Приоритет—

Опубликован<ДО,08,ЯБюллетень Ме 32 дата от убликования описания 5, I2,74 (ьз) удк 62I.382 (088е8) Н.С.зденко, Г.Е.Ремнев и А,А.Шатанов (72) Авторы изобретения

Научно-исследовательский институт ядерной физики, (71) Заявитель ЭЛЕКтрОНИКИ И аВтОМатИКИ ПрИ ТОМСКОМ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОМ институте им. С.М.Кирова

НАНОСЕКУНДНЫЙ КОММУТАТОР

Изобретение GTHOOHT02 E 06ласти формирования высоковольтных наносекундных импульсов и может применяться в технике получения мощных наносекундных импульсных пучков элвктронов, в экспериментах по физике частиц высоких энергий для литания больших стримерных и искровых камер.

Известны высоковольтныв наносвкундныв коммутаторы, коммутирующие токи В несколько десятков килоампвр и болев, разрядники которых находятся в сжатом газе, а запускающие электроды имеют выступающие над поверхностью электродов иглы.

Однако в таких коммутаторах после нескольких сот импульсов необходимо заменять иглы. Это связано с тем, что вначале разряд развивается на острие, которов при таких больших токах быстро обгорает, и вследствие этого увеличивается разброс по. времени мажут

2 срабатываниями разрядников. Заменйа игл требует остановки машийы и частичной ее разборки, что не всвг да просто в таких киных установках

Целью изобретения является получение крутого наносвкундногО фронта высоковольтного импульса на сильноточной нагрузке при повышенной надежности и долговечности коммутатора и относительной простоте его выполнения.

Это достигается твм, что s предлагаемом коммутаторе используется несколько параллельно включенных трвхэлектродных разрядников, одновременность работы которых абаспвчивавтся Одновременны и появлением подсветки и двойного перенапряжения с крутым фронтом во всех разрядниках. Подсветка и перенапряжение возйикают в момент срабатывания дополнительного двухэлвктродного разрядника, включен ного на половину полного напряжения и электрически связанного со средними электродами трвхэлектродных разрядников. При этом подсветка встроена в средний электрод каж. дого разрядника таким образом, что основной коммутирувмый ток замыкается через основныв электроды разрядников, не вызывая обгорания вспомогательного электрода подсвет. ки

Ба чертеже приведена принципиальная схема предлагаемого коммутатора для случая использования

его a двойной формирующей линии.

Коммутатор состоит из нескольких основных трахэлектродных разрядников I m одного запускающего двухэлвктродного разрядника

2. Высоковольтные электроды 3 трехэлект)идных,разрядников С08динвны с высоковольтным электродом

4 формируихцвй линии, а электроды 5 и электрод 6 двухэлектродного разрядника — с земляным электродом 7 линии, Каждый разрЯДник нахоДится в Отдельном изоляционном корпусе, заполненном сжатым газом {азот, SF а ). Средний электрод 8 трвхэлвктродного разрядника ииввт дополнительный электрод 9. Искра, образующаяся в зазоре между электродами 8 и 9, использувтс для подсветки осйовных зазоров трехэлектродного разрядника. Электрод

9 электрически связан с электродом 8 через индуктивность (или geЗИСтор) 10. Краме ТОГО, ЭЛЕКтрОд 9 имеет электрическую связь через резистор (или индуктивность)ХХ с высоковольтным электродом I2 Двухэлектродного разрядника 2. Подвижная пластина Х3 установлейа так, что потвнциал электродов 8 и I2 равен половине потенциала электродов 3 в момент импульсной зарядки формирующей линии. Элактрод 6 двухэлектродного разрядника выполнен в виде концентрических колец с острыми краями для уменьшения разброса времени срабатывания.

Коммутатор работает следующим образом.

Прй зарядке высоковольтного

ЭЛВКтРОДа 4 фОРмИРУЮЩвй ЛИНИИ От импульсного источника с микросвкундным временем зарядки (генератор Аркадьева-Маркса, импульсный трансформатор потенциалы на

4 электродах коммутатора распреде ляются таким образом, что на электро дах 8 и I2 они равйы. Лля выравнивания этих потенциалов служит пластина ЕЗ, мвстоположенив которой в пространстве между электродами 4 и: 7 линии опредвляатся путем построения картины поля в электролитичаской ванне на модели.

io,Пля исключения небольшой разницы потенциалов между электродами 8 и I2, которая может появиться из-за неточности расположения пластины IS и привести к прежде" временному пробою промежутка Б-9, служит индуктивность (резистор)

О. Звличина этой индуктивности зистора определяется из двух условий: а величина индуктивности резистор должна быть нв очень большой с тем, чтобы за время действия микросекунднто импульса зарядки .возможная разность потев„ циалов меж1 электродами 8 и I2

" выравнивалась за sp8r:я, много меньшее времени зарядки формируацай линии, и на достигала бы величины напряжения пробоя промежутка 8-9;

„, б) величина этой индуктивности (ре " зистора) должна быть достаточно большой, чтобы после с батывания запускаищвго двухэлвктродного разрядника наносекундный импульс напряжения достаточной для пробоя промежутка 8-9 величины выделялся на индуктивности резистора).

Оба эти условия лагко вйполняются, так как величина фронта

„, импульса зарядки на 2-3 порядка больше величины фронта наносекундного импульса, получающегося при срабатывании запускающего двухэлвктродяого разрядника. После

4, достижения макси, льного н 1пряжвния на формирующей линии срабатывает запускающий двухэчектродный разрядник 2, напряжение на котором все время соответствует половине

„ основного напряжения линии. Момент времени пробоя двухэлвктродного разрядника 2 опережает момент самопробоя любого из трехэлвктродных разрядников I. Это обеспечивается выбором промежутков H давления газа в разрядниках. При этом зазоры и давление газа во всех трехэлектродных разрядниках одинаковы, а в двухэлвктродном могут меняться

44I663

5 либо два этих параметра, либо один из них. При пробое двухэлвктродного разрядника потенциал электродов

9 с наносекундной постоянной времени принимает потенциал алвктро. да I2, т.в. потенциал земли. Возникакщая дзность потенциалов между электродами 8 и 9 приводит к пробою этих промежутков и появлению подсветки. Потенциал электродов 8 также становится равным потенциалу земли с постоянной =С К1 (С - емкость электрода 8 на землю ;

P, — величина рвзистора п).

Под воздействием интенсивной подсветки и двойного нврвнапряжвния промежутки 3-8 трвхэлектродных разрядников пробиваются с малым временным разбросом. После этого

aomoe напряжение выделяется на езисторах iI, и нижние промежутки

-5 трехэлвктродных разрядников также пробиваются при двойном перенапряжении и воздействии подсветки через отверстия в электродах 8 с малым временным разбросом. TGKHM образом, обеспечивается одновремен- ность срабатывания всех трехэлектодних разрядников в коммутаторе. еличина резистора (индуктивностй)

П выбирается также из двух условий: а) для создания крутого фрон- та перенапряжения в промежутках

3-8 постоянная времени

"С=сц « должна быть порядка величина фрон. ® та импульса, получающегося нри пробое двухэлвктродного разрядника 2 < практически единицы наносекунд); т.е. 6 « должно быть а0 возможности малым

45 б) для получения наибольшего напряжения, нрикладываемого к нромвжуткам 8-5 после пробоя промежутков 3-8, должно выполняться условие р, ) У

11 tl (P — волновов сопротивление формирующей линии ; и - количество трвхэлвктродных разрядников в коммутато ре.

6

Эти противоположныв условия выполняются в наносекундных генеторах, для которых величина волнового сопротивления формирующей линии составляет обычно десятки ом и менее.

В случае, если разброс по вре. мвыи между срабатываниями трвхэлектродных разрядников в коща таторв больше времени пробега фрон. та волны от моста включения одного из них до соседних, электрод 4 формирующей линии может быть выполнен с продольными разрезами между местами включений соседних трвхэлвктродйых разрядников. Длина таких разрезов вдоль электрода 4 определяется скоростью pGcapOGTранения волны в линии и величиной времени разброса для разброса 2-3 нсек в линии с диэлектриком — трансформаторным маслом длина разрезов

30-40 см). Это необходимо делать для исключения шунтирования напряжения на соседних разрядниках домомента их срабатывания.

ПРЕДМЕТ ИЗОБРЕТЕНЩ

Наносекундный коммутатор, содержащий трвхэлектро в и 0JgtH запускахщии двухэлектродный разрядники, отличающийся тем, что, с целью уменьшения врвмвнй разброса в срабатывании трехалектродных разрядников, двухэлвктродныя разрядник включвй на половину полного напряжения коммутатора, а высоковольтный электрод вго соединен через резисторы (индуктивности) с дополнительными электродами, встроенными в средние электроды трвхэлвктродных разрядников, причем дополнительные и срвднив электроды соединены попарно между собой индуктивностяии (резисторами) и образуют нодсвечивающив зазоры, а остальные электроды трвхэлектродных разрядников и звмляныв электроды всех разрядников подсоединены соответственно к высоковольтному и земляному электродам коммутируемой линии.

1 краж Я/l! (о донское

I Il lIlllllll осуларствен кого коми1ел а (:овега Мии(и (р гв ((:(.(л ио делам изобретений и о )(philo((Москва, (3035, Раув(ска((наб., 4! lp и(иипиг «((а(еит», Москва, -59, Вере>кковская иаб., 24

С.Поликарпов рЕ. Карцулова -р (Л.Потапова ((орр- »: Л. 1ладкова