Устройство для передачи электрической энергии от источника питания к формирующей линии

Устройство для передачи электрической энергии от источника питания к формирующей линии

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

< >949776 (6I ) дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 12.03.80 (21) 2893613/18-21 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.з

НОЗ Н 7/00

Гееударстееллмк кемлтет

Опубликовано 07.08.82. Бюллетень № 29

Дата опубликования описания 07.08.82 (53) УДК 621.373 (088.8) лв делам кзееретемкй и еткрмтий (72) Авторы изобретения

А. И. Павловский, В. Ф. Бухаров, А. И. Герасимов, А. С. Федоткин и В. А. Тананакин (71) Заявитель с к ;;, ; ." (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

ОТ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ К ФОРМИРУЮЩЕЙ, ЛИНИИ

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике, а именно к участкам высоковольтных цепей, через которые передается электрическая энергия от источника питания к формирующей линии, и может быть использовано в ускорителях сильноточных импульсных пучков заряженных частиц, например электронов.

Известно устройство для передачи электрической энергии от источника — генератора умножения напряжения по схеме АркадьеваМаркса или импульсного трансформатора— к одиночной или двойной формирующей линии, содержашее два коаксиальных (внешний и внутренний) проводника (1) .

Недостатком известного устройства для передачи электрической энергии от источника питания к формирующей линии является отсутствие демпфирования электрических колебаний и пропускание обратного импульса без уменьшения его амплитуды. Поэтому для предотвращения пробоя изоляции увеличивают расстояние между коаксиальными проводниками и увеличивают толщины изоляции в источнике и формирующей линии, что приводит к росту габаритов и массы устройства, к ухудшению его электрических характеристик, например к увеличению индуктивностей.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому является устройство, содержащее коаксиальные проводники, внешний и внутренний, и включенное в цепь внутреннего проводника нелинейное резистивное сопротивление из вилитовых дисков.

Такое устройство демпфирует паразитные электрические колебания и импульсы (2).

Недостатком указанного устройства является поглошение электрической энергии при заряде формирующей линии от источника (при трех вилитовых дисках потери энергии составляют — 14%), а также слабое уменьшение амплитуд паразитных колебаний и импульсов, особенно амплитуды первой полуволны колебательного напряжения и амплитуды обратного импульса.

Цель изобретения — увеличение К11Д передачи электрической энергии от источника питания к формйрующей линии и повышение надежности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве передачи электрической эпер949776

10 напряжения обратного импульса. 15

Устройство может содержать резистор, охватываюший внутренний проводник и выполненный из объемно-проводящего материала с равной двусторонней проводимостью, например водного раствора медного купороса, причем резистор имеет на любом радиусе от оси коаксиальных проводников постоянную величину площади его сечения цилиндрической поверхностью. В этом слунаправлению к внешнему проводнику, т. е. 25 по радиусу от оси проводников, что повышает электропрочность резистора из-за равномерного падения напряжения по длине и понижает напряженность электрического

30 поля на поверхности внутреннего проводника в пределах длины резистора.

Резистор может быть выполнен из твердого объемно-проводящего материала, например полиэтилена в смеси с сажей, в виде полого цилиндра, насаженного на внутрен- з ний проводник. В этом случае для обеспечения постоянного сопротивления по радиусу целесообразно удельное электрическое соз гии от источника питания к формируюшей линии, содержащем коаксиальные внешний и внутренний проводники и резистор, причем формирующая линия содержит по меньшей мере высоковольтный электрод, соединенный с внутренним проводником, резистор расположен между коаксиальными проводниками и соединен непосредственно с внутренним проводником, а через разрядник с внешним проводником.

При таком выполнении устройства дополнительно повышается надежность и ресурс работы источника питания и формирующей линии в связи с уменьшением длительности колебательного процесса перекачки энергии между ними и или амплитуды чае сопротивление резистора постоянно по резистора после срабатывания разрядника противление материала изменять прямо пропорционально изменению радиуса, в частности, выполнять резистор из слоев с указанным законом изменения удельного сопротивления.

Резистор может быть выполнен также в виде серии автономных резисторов, размещенных вокруг внутреннего проводника, что упрощает изготовление резистора.

Разрядник может быть выполнен в виде серии автономных разрядников, что упрощает его изготовление и обслуживание.

На чертеже показан вариант устройства для передачи электрической энергии от источника питания к формирующей линии.

Источник питания, например генератор уменьшения напряжения по методу Аркадьева-Маркса, электрически соединен с формирующей линией 2, например радиальной линией, посредством устройства для передачи электрической энергии, содержащего два коаксиальных проводника 3 и 4 внешне40

55 го и внутреннего. Внутренний проводник 4 охвачен резистором 5, например, на основе водного раствора медного купороса, которым заполнен корпус 6 из твердого диэлектрика, причем электролит непосредственно контактирует с поверхностью внутреннего проводника 4. Резистор имеет постоянную величину площади его сечения цилиндрической поверхностью на любом радиусе от оси коаксиальных проводников 3 и 4 и имеет поэтому постоянную величину сопротивления по направлению к внешнему проводнику 3. Между кольцевым электродом 7 резистора и внешним проводником 3 размещены симметрично по окружности разрядники 8, например, тригатроны. Формирующая линия 2 содержит между дисковыми электродами 9 и 10 высоковольтный дисковый электрод 11, присоединенный к внутреннему проводнику 4, и кольцевой коммутатор 12, размещенный между краем высоковольтного дискового электрода 11 по направлению к оси линии и дисковым электродом 10. В центре формирующей линии расположена нагрузка 13, присоединенная к -дисковому электроду 10 непосредственно, а к дисковому электроду 9через ключ 14. Источник 1 питания имеет волновое сопротивление больше, чем волновое сопротивление устройства, которое в свою очередь больше волнового сопротивления формирующей линии 2, что типично для большинства таких импульсных систем.

Для упрощения рисунка уплотняющие прокладки не показаны.

Устройство работает следующим образом.

От источника 1 питания подается импульсный ток через проводники 3 и 4 и происходит зарядка распределенной емкости формирующей линии 2 между высоковольтным дисковым электродом 11 и дисковыми электродами 9 и 10. Так как в цепь внутреннего проводника 4 не включено последовательное активное сопротивление, то потери электрической энергии при зарядке не происходит.

Целесообразно для снижения потерь удельное электрическое сопротивление / электролита и осевую протяженность 3 резистора 5 выбирать такими, чтобы глубина скин-слоя на частоте тока зарядки была много больше 1 При нормальной работе формирующей линии 2 по достижении номинальной разности потенциалов между ее электродами включают коммутатор 12, в результате чего в центральной области формируюшей линии генерируется импульсное напряжение чередующейся полярности.

Нагрузку 13 подключают ключом 14 одновременно со срабатыванием коммутатора 12 при работе нагрузки в течение длительности первой полуволны импульсного напряжения или по истечении длительности этой полуволны для работы на второй полуволне. Если величина нагрузки 13 больше волнового сопротивления формируюшей

949?76

5 линии 2 или ключ 14 срабатывшт с задержкой, то ко входу устроистна прилагается со стороны формирующей линии 2 короткий мощный обратный импульс напряжения с амплитудой, близкой к UM, но противоположной полярности, чем зарядное напряжение от источника I питания. Этот импульс, проходя по цепям формируюшей линии 2 через устройство в источник I питания, увеличивается по амплитуде из-за возрастания волновых сопротивлений и может привести к пробою изоляции устройства и источника питания. Чтобы этого не произошло, в некоторый момент времени после достижения зарядной разности потенциалов U на формирующей линии 2 включают разрядники 8, которые соединяют проводники 3 и 4 через резистор 5. При этом импульсное напряжение равномерно распределяется по радиусу резистора, что увеличивает его электропрочность и позволяет уменьшить протяженность резистора по радиусу, а в источник

1 питания обратный импульс или не проходит вообще, или его амплитуда существенно уменьшается. Дополнительному уменьшению амплитуды способствует выбор У электролита и его 6 такими, чтобы убыло сравнимо с глубиной скин-слоя на частоте тока обратного импульса, когда участок устройства, охваченный резистором, работает для этого импульса как волновод с большими активными потерями.

Аналогично изложенному устройство работает в случае случайного пробоя формирующей линии. Если коммутатор формируюшей линии не сработал вообше или сработал несвоевременно, то мог бы возникнуть колебательный процесс с перекачкой энергии из формирующей линии в источник и обратно.

Но так как проводники устройства соединены посредством сработавшего разрядника через жидкостной резистор, то эти колебания не могут передаваться через устройство вообще или очень быстро затухают, включая первую полуволну напряжения, за счет поглошения и рассеяния энергии в резисторе.

Выполнение резистора на основе водного электролитического раствора позволяет увеличить его мощность и энергоемкость из-за большой удельной теплоемкости воды.

Выполнение разрядника в виде серии автономных разрядников 8 уменьшает собственную индуктивность и активное сопротивление искровых каналов, способствуя тем самым быстрейшему рассеянию энергии

6 в резисторе 5, автономность позволяет упростить ревизию каждого автономного разрядника путем его извлечения через свое отверстие во внешнем проводнике 3.

В других вариантах выполнения устройства разрядник может быть с обшими кольцевыми электродами, соосными коаксиальным проводникам, может содержать один автономный резистор и один автономный разрядник. го

Формула изобретения

I. Устройство для передачи электрической энергии от источника питания к формирующей линии, содержащее коаксиальные внешний и внутренний проводники и резистор, причем формирующая линия содержит по меньшей мере высоковольтный электрод, соединенный с внутренним проводником. отличающееся тем, что, с целью повышения

КПД передачи электрической энергии от

2О источника питания к формующей линии и надежности устройства, резистор расположен между коаксиальными проводниками и соединен непосредственно с внутренним проводником, а через разрядник — с внешним проводником.

2. Устройство по и. 1, ат гичающеес» тем, что резистор охватывает внутренний проводник и выполнен из об земно-проводящего резистивного материала с равной двусторонней проводимостью. за 3. Устройство по п. I, отличающееся тем, что резистор выполнен в виде полого цилиндра из твердого объемно-проводящего резистивного материала и расположен на внутреннем проводнике.

4. Устройство по п. 1, от гичающеес» тем, что резистор выполнен в виде серии автономных резисторов, размещенных вокруг внутреннего проводника.

5. Устройство по и. 1, отличающееся тем, что разрядник выполнен в виде серии

4в автономных разрядников.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе»

1. Месяц Г. А. Генерирование мощных на носекундных импульсов. М., «Советское радио», 1974, с. 217.

2. Демидов Б. А. и др. Повышение на,дежности работы сильноточных импульсных ускорителей при помощи нелинейных сопротивлений.— ПТЭ, 1975, № 3, с. 38 (прототип) .

949776 ,4-А

Составитель В. Седов

Редактор И. Михеева Техред А. Бойкас Корректор Е. Рошко

Заказ 5494/45 Тираж 959 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 I3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

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