Генератор высоковольтных импульсов

Генератор высоковольтных импульсов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ГЕНЕРАТОР ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ИМПУЛЬСОВ, содержащий источник питания , индуктивный накопитель, дроссель насыщения, два управляемых разрядника , два конденсатора, вакуумный выключатель и нагрузку, о тличающийся тем, что, с целью увеличения крутизны переднего фронта импульса на нагрузке, он выполнен в виде моста, два противоположных плеча которого образуют дополнительно введенные дроссели насыщения ,а два других - цепочки, каждая из которых состоит из последовате .шно соединенных управляемого разрядника, дополнительно введенной катушки индуктивности и конденсатора , параллельно которым подключен дополнительно введенный контактный выключатель, при этом в одну из диагоналей моста включены последовательно соединенные источник питания,дополнительно введенный коммутатор и индуктивный накопитель, а в другую последовательно соединенные вакуумi ный выключатель и дроссель насыщения , параллельно которым подключена (Л нагрузка.

(Ю (И) СООЗ СОВЕТСНИХ

ONINI

РЕСПУБЛИН

3(51) Н 03 К 3 53

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ( (21) 2959789/18-21 (22) 11 ° 07 ° 80 (46) 15 ° 12. 83. Бюл. Р 46 (72) Е.М.Меллех и E.Ï.Ïàâëîâ . (53) 621. 373 (088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

9 158320 кл, Н 01 Н 33/66, 1973 °

2. Авторское свидетельство СССР

М 600702, кл. Н 03 К 3/53, 30.03.78 (прототип) (54)(57) ГЕНЕРАТОР BbICOKOBOJIbTHbIX

ИМ11УЛЬСОВ, содержащий источник питания, индуктивный накопитель, дроссель насыщения,. два управляемых раз. рядника, два конденсатора, вакуумный выключатель и нагрузку, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения крутизны переднего фронта импульса на нагрузке, он вы- . полнен в виде моста, два противоположных плеча которого образуют дополнительно введенные дроссели насыщения,а двадругих — цепочки, каждая из которых состоит из последовательно соединенных управляемого разрядника, дополнительно введенной катушки инд1(ктивности и конденсатора, параллельно которым подключен дополнительно введенный контактный выключатель, при этом в одну иэ диагоналей моста включены последовательно соединенные источник питания,дополнительно введенный коммутатор и индуктивный накопитель, а в другую— последовательно соединенные вакуумный выключатель и дроссель насыще- Е

С ния, параллельно которым подключена нагрузка, 890941 параллельно которым подключен дополнительно введенный контактный выключатель. В одну диагональ моста включены последовательно соединенные источник питания, дополнительно введенный коммутатор и индуктивный накопи= тель, а в другую — последовательно соединенные вакуумный выключатель и дроссель насыщения, параллельно которым подключена нагрузка.

На чертеже показана функциональная схема генератора высоковольтных импульсов.

Генератор высоковольтных импульсов содержит последовательно соединенные индуктивный накопитель 1, источник 2 питания и коммутатор 3, включенные в одну диагональ моста, который. содержит в своих противоположных плечах дроссели 4 и 5 насыщения и контактные выключатели б и 7. Один конденсатор шунтирован цепью из соединенных последовательно конденсатора 8, катушки 9 индуктивности и управляемого разрядника 10, другой — цепью из соединенных последовательно конденсатора 11, катушки 12 индуктивности и управляемого разрядника 13.

В другую диагональ моста включена нагрузка 14, шунтированная соединенными последовательно вакуумным выключателем 15 и дросселем 16 насыщения.

Генератор работает следующим образом.

В исходном состоянии коммутатор

3 разомкнут, а выключатели 6,7 и 15 замкнуты. Управляемые разрядники 10 и 13 находятся в непроводящем состоянии. Конденсаторы 8 и 11 предварительно заряжены с полярностью, показанной на чертеже. Затем замыкаются контакты коммутатора 3. При этом напряжение от низковольтного источника 2 прикладывается параллельно дросселям 4,5 и 16. Дроссели 4 и 5 насыщения выбраны такими, чтобы у них индуктивность в ненасыщенном состоянии была значительно больше, чем у дросселя 16. С этой целью дроссель 16 выполнен одновитковым на пермалоевом сердечнике. Поэтому дроссель 16 раньше, чем дроссели 4 и 5, переходит в состояние насыщения и резко уменьшает свою индуктивность на два-три порядка, в зависимости от типа железа сердечника. 11ри этом гачинается зарядка током индуктивного накопителя 1 от источника 2 питания через коммутатор 3, замкнутый выключатель 7, насыщенный дроссель 16, вакуумный выключатель 15 и замкнутый вьп(лючатель 6. Дроссель 4 шунтирован при этом эамкнутыии выключателями

7 и 15 и насыщенным дросселем 16

Изобретение относится к области импульсной техники, а именно, к устройствам коммутации цепей постоянного тока с индуктивными накопителями энергии и может быть использовано для импульсного питания генераторов сильноточных электронных пучков болв шой длительности, находящих применение, например, для нагрева плазмы.

Известно коммутирующее устройство, содержащее последовательно соединенные источник питания, индуктивный накопитель и вакуумный выключатель, шунтированный цепью из соединенных последовательно управляемого коммутатора и конденсатора tlj .

Недостатком этого устройства является малая крутизна переднего фрон та импульса на нагрузке. Это обусловлено полярностью исходного напряжения на коммутирующем конденса- 20 торе и большим значением его емкости, необходимой для ограничения скорости нарастания напряжения, устанавливающегося на выключателе, которая должна быть ниже скорости вос- 25 становления его электрической прочности, связанной с изменением плотности нейтральной паравакуумной дуги отключения.

Известен также генератор высоко- 3 вольтных импульсов, содержащий последовательно соединенные источник питания, индуктивный накопитель и вакуумныи выключатель, шунтированный цепью из последовательно вклю-. ченных первого управляемого разрядника и конденсатора. Параллельно вакуумному выключателю включена дополнительная цепь, содержащая последовательно соединенные дроссель насыщения, управляемый вентиль и конденсатор, шунтированный вторым управляемым разрядником )2) .

Однако в этом устройстве недостаточна крутизна переднего фронта, что обусловлено величиной емкости 45 коммутирующего конденсатора и напряжением на нем.

Целью изобретения является увеличение крутизны переднего фронта импульса на нагрузке.. 50

Поставленная цель достигается за счет того, что генератор высоковольтных импульсов, содержащий источник питания, индуктивный накопитель, дроссель насыщения, два управ ляемых разрядника, два конденсатора, вакуумный выключатель и нагрузку, выполнен в виде моста, два противоположных плеча которого образуют дополнительно введенные дроссели на- 60 сыщения, а два других — цепочки, каждая иэ которых состоит из последовательно соединенных управляемого разрядника, дополнительно введенной матушки индуктивности и конденсатора,у

890941 с очень малым значением омического сопротивления его обмотки, а дрос. сель 5 — выключателями 6 и 15 и насыщенным дросселем 16. При этом сердечники дросселей 4 и 5 остаются в ненасыщенном состоянии, т.е.

5 дроссели 4 и 5 имеют большую индуктивность, препятствующую прохождению тока через них. В момент дос= тижения током в накопителе 1 заданного значения разводятся контакты выключателей 6 и 7. Между контактами образуется дуга отклонения. После разведения контактов выключателей 6 и 7 на достаточное расстояние поджигаются синхронно уп- "5 равляемые разрядники 10 и 13,обеспечи, вающие колебательный разряд предвари,тельно заряженных конденсаторов 8 и

11 соответственно через катушки индук- тйвности 9 и 12 и выключатели 6 и 2(>

7 в направлении, встречном относительно протекавшего в них тока.

Постоянный ток в дуге выключателей 6 и 7 при этом доводится до нуля, что вызывает обрыв дуги в этот 25 момент. Ток индуктивного накопителя начинает идти по цепи: конденса тор 11 — катушка индуктивности 12— разрядник 13, насыщенный дроссель 16 вакуумный выключатель 15 — разрядник 10 — катушка индуктинности 9— конденсатор 8 — источник питания 2— коммутатор 3 — индуктивный накопитель 1. При этом перезаряжаются конденсаторы В и 11 током индуктивного накопителя /полярность напряжения указана в скобках/. Величины индуктивностей катушек 9 и 12, а также емкостей конденсаторов В и 11 выбраны из следующих .условий. Скорость спада к нулю тока в выключа- 40 телях 6 и 7 должна быть не слишком высокой, чтобы не было затруднений при гашении дуги отключения в выключателях 6 и 7. С другой стороны необходимо стремиться к уменьшению 45 значений (,и С, чтобы выполнить уст». ройство более компактным. Кроме того, емкость конденсаторов определяется тем, что при заданном значении тока индуктивного накопителя скорость 5р нарастания .напряжения на конденсаторе должна быть меньше скорости восстановления электрической прочности шунтируемого им выключателя но избежание повторного зажигания дуги н 55 выключателе. Одновременно с разведением контактов ныключаталей 6 и

7 или несколько позже (в зависимости от времени перезарядки конденсаторов 8 и 11) начинается разведение контактов вакуумного выключателя 15, между контактами которого также о6разуется дуга отключения. К моменту достижения напряжением на конденсаторах максимального значения переза- „ рядки контакты ныключателя 15 долж1 ны быть разведены на расстояние, достаточное для предотвращения повторного зажигания дуги после ее отключения. Параметры дросселей насыщения 4 и 5 выбраны таким образом, что при достижении напряжением на конденсаторах 8 и 11 максимального значения заданной величины, сердечники дросселей 4 и 5 переходят в состояние насыщения и дроссели 4 и 5 резко уменьшают сною индуктивность (на дна-три порядка), шунтируя цепи,состоящие соответственно из элементов

11,12,13,16,15 и В 9,10,15,16 ° При этом конденсатор В начинает разряжаться через катушку индуктивности 9 разрядник 10, вакуумный выключатель 15, насыщенный дроссель 16 и насыщенный дроссель 5, а конденсатор 11 — через насыщенный дроссель

4, наккумный выключатель 15, насыщенный дроссель 16, управляемый разрядник 13 и катушку индуктинности 12.

Направление тока разряда конденсаторон 8 и 11 обратно по отношению к току, протекавшему первоначально в вакуумном выключателе 15 и дросселе 16 насыщения. Параметры схемы выбраны так, что амплитуда суммарного тока разряда конденсаторов 8 и 11 превышает величину тока индуктивного накопителя, поэтому при подходе к нулю тока н ветви с дросселем 16 насыщения последний выходит из состояния насыщения, резко увеличивая свою индуктивность и формируя тем самым паузу почти нулевого тока н ветви с накуумным выключателем 15. В результате этого дуга н вакуумном выключателе 15 гаснет. Большая индуктивность дросселя 16 препятствует увеличению тока в ветви с вакуумным выключателем и образованию повторной вакуумной дуги, способствуя тем самым носстанонлению электрической прочности выключателя 15 ° С момента выхода сердечника дросселя 16 из состояния насыцения, ток индуктивного накопителя замыкается через насыценный дроссель 4, нагрузку 14, насыщенный дроссель 5 (направление тока показано на чертеже пунктиром), формируя на нагрузке 14 импульс высокого напряжения ° Конденсаторы 8 и 11, напряжение на которых равно напряжению на нагрузке 14, будучи подключенным параллельно нагрузке 14 через разрядники соответственно 10 и 13, разряжаются на нагрузку 14 вместе с индуктивным накопителем 1 ° К концу импульса запасов энергии в накопительных элементах устройства не остается, и разрядники 10 и 13 гаснут, После .этого отключается коммутатор 3, и замыкаются контакты выключателей 6, 890941

Составитель ДаХодырев

Техред Т,Маточка Корректор А.Повх

Редактор Л.утехина

Заказ 10706/6 Тираж 936 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

Ji3035, Москва, Ж-35, "Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород,,ул. Проектная, 4

7,15, а гакже производится зарядка конденсаторов 8 и 11. После этого устройство приходит в исходное состояние.

Скорость нарастания напряжения на нагрузке определяется в данном устройстве временем переключения сердечника дросселя 16 насыщения из насыщенного состояния в ненасыценное (оно обычно не превышает

1 мкс). В известном устройстве крутизна переднего фронта импульса на нагрузке определяется временем нарастания напряжения на коммутирующем .конденсаторе, которое обычно состав- ляет (при приемлемых уровнях коммутируемой мощности) десятки мкс.

Следует также отметить, что импульс, формируемый на нагрузке, не имеет отрицательного предимпульса, как это имеет место в аналогичных устройствах

При сравнении с известным устройством, содержащим иелинейнйй дроссель последовательно с нагрузкой, нетрудно убедиться, что длительность фронта формируемого им импульса в несколько раз больше,чем в, данном устройстве. Так, например, при сопротивлении нагрузки a„=0,25 Ом (И =50 кВ, ? =200 кА) и индуктивиос ти дросселя в насыщенном состоянии

„,;— 0,5 10 Р длительность фронта импуль05 30е са составит tт2,2 ° — 4,4.10 с =

0,25

=4,4 мкс. Амплитуда предимпульса обратной полярности достигается при этом более 5 кВ.