Генератор импульсов высокого на-пряжения

Генератор импульсов высокого на-пряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗЬБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистические

Республик

@ 843185 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 31.08. 79 (21) 2813443/18-.21 с присоединением заявки М— (23) Приоритет— (5l ) N. Кл.

Н 03 К 3/53

Гооударотееииый комитет

СССР

Ао делан изобретений и открытий

Опубликовано 30.06.81, Бюллетень М 24 (53) УДК,621.373..2(088.8) Дата опубликования описания 31.06.81 (,!

1

;(< ",.

1 (72) Автор изобретения

В. И. Золотых

Харьковский ордена Ленина политехнический.институт им. В. И. Ленина (71) Заявитель (54) ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ изобретение относится к,высоковольтной импульсной технике и предназ- начено для получения импульсов высокого напряжения с коротким фронтом, необходимых для питания искровых камер,и может быть использовано для пиS тания ускорителей электронов,рентгеновских трубок,а также в исследованиях в области электрофизики диэлектриков.

1о

Известен генератор для получения импульсов высокого напряжения, содержащий линии, выходные концы которых соединены между собой и с нагрузкой последовательно, при этом указанные линии не расположены на эквипотенциальных поверхностях электромаг- . нитного поля нагрузки (1).

Недостатками этого генератора являются большие потери энергии при формировании импульса, вызванные распространением импульса в систему паразит,иых линий, образованных указанными линиями, н высокочастотные искажения

2 формы этого импульса. Применение в этих генераторах линий, свернутых в катушки, использование ферромагнитных сердечников и колец для затруднения распространения импульса в паразитные линии является весьма слабым средством ограничения указанных недостатков, так как катушки вносят дополнительные искажения за счет своих паразитных параметров и имеют небольшую электрическую прочность из-за трудности создания межвитковой и межкатушечной изоляции, примерно то же самое можно сказать и об использовании ферромагнитных сердечников и колец. Эти средства ограничивают амплитуду получаемого импульса напряжения величиной, не превышающей нескольких киловольт.

В этом случае при большом числе линий количество применяемой изоляции и искажения формы импульса превышают разумные пределы.

Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности генератор, 3. 8431 содержащий линии, выходные концы которых последовательно соединены между собой и нагрузкой через электроды переходных секций, при этом нагрузка имеет проводники, подсоединенные к выводам этого генератора. Линии расположены между собой параллельно на расстоянии друг от друга и не находятся на эквипотенциальных поверхностях электромагнитного поля 10 нагрузки Г23.

45

Известный генератор работает следующим образом.

На входные концы линий подается импульсное напряжение и по линиям от входных концов к выходным начинают i распространяться импульсы напряжения.

Достигнув выходицх концов, импульсы переходят в переходные секции,и, пройдя переходные секции, суммируются на выводах генератора. В результате на нагрузку поступает импульс напряжения с амплитудой, большей амплитулы импульсного напряжения, 25 поданного на входные концы линий.

Пройдя переходные секции, импульс электрического поля начинает распространяться, а его энергия поглощается не только в нагрузке и ее ЭО проводниках, но и в системе паразитных линий, которую образуют указанные .линии, т.е. кроме полезного расхода энеРгии на нагРУзке, пРоисходЯт бесполезные потери энергии на заряд . пардзитных линий, что вызывает спад амплитуды суммарного импульса, которая при большом количестве линий оказывается значительно меньше суммы амплитуд импульсов напряже- 40 ния распространяющихся по лйниям, а при некотором количестве линий дальнейшее увеличение числа линий практически не приводит к увеличению амплитуды суммарного импульса. Кроме того, при указанном расположении линий выходные концы линий, электроды переходных секций и проводники нагрузки имеют значительные паразитные емкости на ликии, поэтому им° пульсы, достигнув выходных концов, линий и. еще не пройдя переходные секции, уже испытывают влияние пара зитных емкостей выходных концов линий и электродов переходных секций на линии, что вызывает высокочастотные.искажения импульса, в частности, увех 1чение длительности его фронта, и, связано с дополнительной потерей

85 4 некоторого количества энергии на заряд паразитных емкостей. После того, как импульсы пройдут переходные секции, на форму импульса начинают сказываться паразитные емкости проводников нагрузки на линии, заряд которых также представляет собой потерю .энергии.

Недостатками описанного генератора являются большие потери энергии на формирование импульса и высокочастотные искажения его формы.

Цель изобретения — повышение КПД.

Поставленная цель достигается тем, что в генераторе импульсов выского напряжения, содержащем линии, выходные концы которых последовательно соединены между собой и:: нагрузкой через электроды переходных сек-ций, и при этом нагрузка имеет прЬводники, подсоединенные к выводам этого генератора, указанные линии расположены на соответствующих эквипотенциальных.поверхностях электромагнитного поля нагрузки.

Линии могут быть размещены между проводниками нагрузки.

Кроме того, они могут быть электрически соединены с электродами переходных секций по их длине.

При этом линии представляют собой часть электродов переходных секций и могут располагаться над, под этими электродами, внутри этих электродов и побоку от них, часть линий или все, линии могут быть электрически соединены с проводниками нагрузки по их длине. При этом линии представляют собой часть этих проводников и могут располагаться над,.под ними, внутри них и побоку от них. ч, На фиг. 1 показан генератор импульсов высокого напряжения, имеющий четыре линии, расположенные между проводниками стримерной каме ры, которая является нагрузкой генератора, вид сбоку; на фиг. 2— стримерная камера, показанная на фиг. 1, поперечный, разрез; на фиг.З— генератор, имеющий четыре линии, электрически соединенные с электродами переходных секций по их длине, вид сбоку; на фиг. 4 - генератор, имеющий две линии, которые электрически соединены с проводниками стримерной камеры по их длине, при этом одна из них расположена внутри одного из проводников.стримерной ка5 8431 меры, вид сбоку; на фиг. 5 — стримерная камера, поперечный разрез по) казанная на фиг.4; на фиг. 6 — стримерная камера, один из проводников которой состоит из пластин и линий генератора, соединяющих эти пластины, поперечный разрез; на фиг. 7 - генератор, у которого последовательно с линиями включены конденсаторы.

Генератор импульсов высокого на- щ пряжения содержит линии I, выходные концы 2 которых соединены последовательно между собой и с нагрузкой 3 через электроды 4 переходной секции.

Каждая линия I состоит из трех сое- д диненных между собой параллельно отрезков коаксиального кабеля. Нагрузкой является стримерная камера, имекпцая проводники 5, образующие симметричную полосковую линию. При щ этом линии 1 размещены на эквипотенциальных поверхностях 6 электромагнитного поля нагрузки 3. Линии 1 имеют входные концы 7,.они могут быть расположены как снаружи нагрузки 3, 2s так и между ее проводниками 5 и соединены электрически с электродами 4 и с проводниками 5 по их длине. При этом линии 1 могут располагаться внутри проводников 5 и представлять собой их часть.

Генератор работает следующим образом., 85 6 ми I совпадают по конфигурации.

Таким образом, энергия идет только в один объем, определяемый нагрузкой, т.е. энергия, которая идет на заряд системы паразитных линий, является в то, же время и энергией нагрузки 3, поэтому заряд системы паразитных линий — это не дополнительный расход энергии к полезному расходу энергии на заряд нагрузки 3.

Заряд паразитных линий в генераторе— это заряд нагрузки 3, и он не является потерей энергии, вызывающей спад амплитуды импульса и увеличение энергоемкости генератора.

Размещение линий 1 между проводниками 5 нагрузки 3 существенно упрощает конструкцию генератора, так как уменьшает объем, в котором располагаются нагрузка 3 и линии 1, что значительно сокращает расход материалов на несущие изоляционные конструкции,и таким образом уменьшает стоимость генератора. При этом линии

1 и проводники 5 могут располагаться как на общих эквипотенциальных поверхностях,так и на разных.

При совмещении линий 1 с электродами 4 переходных секций практически полностью устраняются паразитные емкости выходных концов 2 и электродов 4 на линии 1, так как линии становятся частью электродов 4 переходных секций, а следовательно, исчезают высокочастотные искажения . потери энергии, вызываемые наличием этих емкостей.

При электрическом соединении линий с проводниками 5 по их длине полностью устраняются все паразитные параметры, связанные с линиями 1, а вместе с ними полностью ликвидируются энергетические и амплитудные потери.

При подаче импульсного напряжения на входные концы 7 импульсы напряжения начинают распространяться по линиям l к выходным концам 2. При достижении выходных концов 2 импульсы напряжения проходят по электродам 4 и суммируются по амплитуде. Суммарный импульс поступает на нагрузку 3.

В области, окружающей проводники 5, и в частности между проводниками 5, появляется электромагнитное поле с

4S эквипотенциальными поверхностями 6..

Т.е. происходит заряд полосковой линии стримерной камеры, выделение энергии из линии 1 в нагрузку 3.

Благодаря тому, что линии 1 расположены на эквипотенциальных поверх-, ностях 6, а потенциалы линий 1 рав- ны потенциалам эквипотенциальных поверхностей, линии 1 не искажают поле полосковой линии, т.е. электромагнитное поле полосковой линии и поле, которое образуется за счет поступления импульса напряжения: на систему параэитных линий, образованных линияГенератор импульсов может содержать конденсаторы 8, включенные последовательно с линиями I, коммутаторы 9, к которым могут быть подключены входные концы 7, и резисторы 10.

Генератор с конденсаторами 8 работает следующим образом.

Заряд конденсаторов 8 производится через входные концы 7. После заряда напряжения на линиях I и конденсаторах 8 направлены встречно и равны по величине, поэтому напряжение на переходных секциях равно нулю. При включении коммутатора 9 линии 1 закорачиваются и напряжение в них становится

843185

Формула изобретения

7 равным нулю, становится оно равным нулю и на входных концах 7. В результате напряжение от конденсаторов 8 начинает поступать на электроды 4 переходной секции, а далее генера5 тор работает так же, как и в предыдущих вариантах.

Вместо конденсаторов 8 могут быть включены генераторы АркадьеваМаркса.

l0

Генератор благодаря меньшим расходам энергии на формирование одного ,импульса имеет меньшую, энергоемкость а поскольку это достигается за счет всего лишь иного. расположения линий, то стоимость генератора и стоимость формирования в нем одного импульса меньше. Уменьшение стоимости предлагаемого генератора:вызвано также размещением линий мажду проводниками нагрузки. При большьи количестве линий энергоемкость предлагаемого генератора в два и более раз меньше, чем у известного. Амплитуда получаемых импульсов напряжения в генераторе может превышать 1 МВ.

Входные концы линий генератора могут быть соединены,между собой параллельно и в таком виде подсоединены к импульсному источнику энергии или gp к коммутатору, а также могут быть подсоединены по отдельности или группами к отдельным источникам энергии или к коммутаторам.

В генераторе с проводниками нагруз- 55 ки могут быть соединены электрически по длине этих проводников как все линии, так и только часть линий.

При выполнении электродов переходных секций из отдельных проводников линий могут быть расположены между этими проводниками по аналогии их размещения между проводниками нагрузки, При наличии в предлагаемом устройстве генераторов Аркадьева-Маркса указанными линиями, расположенными на эквипотенциальных поверхностях электромагнитного поля нагрузки, могут быть линии, по которым подаются поджигающие импульсы на запускающие разрядники генераторов Аркадьева-Маркса.

1. Генератор импульсов высокого напряжения, содержащий линии, выходные концы которых последовательно соединены между собой и нагрузкой через электроды переходных секций и при этом нагрузка имеет проводники, подсоединенные к выводам этого генератора, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, указанные линич расположены на соответствующих эквипотенциальных поверхностях электромагнитного поля нагрузки.

2. Генератор по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что линии размещены между проводниками нагрузKH °

3. Генератор по и, 1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что линии электрически соединены с указанными электродами по их длине.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Месяц Г. А. Генерирование мощных наносекундных импульсов,М.,"Советское радио", 1974, с. 71-79.

2. Экспресс-информация,Сер. "Электр !

Г рические станции, сети и системы

1976, У 4, с. 11-16.

843)85

3,Х

Puz, 9

pgz. 3 о о î о î î о о

/ о о о о о o a o

3,5 Пцг. Г

3,5 (ОООО О ОО О

ЗХ

ooooooood

ВНИИПИ Закаэ 5160/79

Тираж 988 Подписное Филиал ППП "Патент", г.ужгород,ул,Проектная,4