Генератор импульсных напряжений

Генератор импульсных напряжений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

а>999142

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 300780 (21) 2962800/18-21

РУ М Кд з

Н 03 K 3/53 с присоединением заявки HP—

Государственный комитет

СССР по делам изобретений к открытий (23) ПриоритетРЗ1УДК <2i.3 °

° 53 (088 ° 8) Опубликовано 230283. Бюллетень HP 7

Дата опубликования описания 23.02.83

В.В. Вербовский, Н. И. Гапоненко, В.М. Солб мца, I, /.ъ

/ (72) Авторы изобретения

\ (71) Заявитель (54) ГЕНЕРАТОР ИИПУЛЬСННХ НАПРЯЖЕНИЙ

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике, а именно к устройствам для генерирования мощных высоковольтных и сверхвысоковольтнйх наносекундных импульсов.

Известен генератор наносекундных импульсов высокого напряжения, соб- . ранный по схеме Аркадьева-Иаркса и содержащий ряд конденсаторных ступе-. ней с двухсторонней зарядкой.

В качестве накопительных устройств используются малоиндуктинные накопительные конденсаторы, а искровые разрядники помещены в камеру со сжатым газом, что позволило уменьшить длительность фронта импульса, благодаря уменьшению индуктивности разрядного контура (ll.

Генератор имеет тот недостгток, что из-за малой энергоемкости применяемых накопителей он не позволяет получить большой мощности в импульсе.

Применение. накопителей большей энергоемкости значительно усложняет изготовление генераторов и увеличивает их габаритЫ.

Йаиболее близким по,технической сущпости к предлагаемому устройству является генератор импульсных напряжений,-собранный по схеме умножения

1 напряжения Аркадьева-йаркса, содержащий зарядные сопротивления, разряд ники, накопительные конденсаторы, а также высоковольтный коммутатор для подсоединения нагрузки к генератору и конденсатор, компенсирующий влияние паразитной индуктивности разрядного контура и обладающий малой соб- ственной индуктивностью. Этот конденсатор.выполнен в виде высоковольтной конструкции, подключенной между .высоковольтным электродом коммутатора и землей. Такое включение конденсатора как бы нейтрализует действие паразитной индуктивности разрядного контура при формировании фронта импульса на. нагру.=ке. Поскольку цепь разрядного контура малоиндуктивна, то при небольших коммутируемых токах обеспе;

20 чивается возможность получения импульсов с фронтом ь10 4 с.

Однако использованйе известного генератора для формирования фронта импульса в мощных мегавольтных гене» раторах не позволяет достичь указанной длительности фронта импульса на нагрузке. Наличие двухзлектродного неуправляемого коммутатора приводит к затягиванию фронта импульса, а так» же к нестабильности амплитуды импуль

999142 са на нагрузке из-за того, что неуправляемый коммутатор, установленный в мощи ом мег а воль тном ген ера торе, обладает следующими особенностями.

Иэ-эа большой нестабильности момента пробоя неуправляемый коммутатор 5 настраивается на самоцробой при напряжении значительно ниже максимального, что приводит к снижению амплитуды формируемого импульса; повышение амплитуды выходного импульса, в данном случае, приводит к нестабильности значения амплитуды импульса на нагрузке °

При малой скорости роста напряжения на коммутаторе пробой коммутатора 35 имеет одноискровый характер и при бо» льшей коммутируемой мощности сопротивления искры оказывается сравнимым с импедансом генератора, что приводит к большим потерям энергии на искровом2О канале.

Кроме того, конструктивным недостатком мощного генератора с высоко.вольтным конденсатором для компенсации паразитной индуктивности разрядного контура является то, что при высоком выходном напряжении генератора малоиндуктивный конденсатор будет представлять собой сложную высоково" льтную конструкцию большого. габарита, трубующую специальной технологии изготовления.

Целью изобретения является повышение .стабильности амплитуды формируемого импульса на нагрузке при использовании неуправляемых коммутаторов, а также упрощение технологии изготовления генератора на мегавольтные напряжения и уменьшение его габари- > тов. .Поставленная цель достигается тем,40 что в генераторе импульсных напряжений, выполненном по каскадной схеме ,умножения Аркадьева — Маркса, содер" жащем зарядные сопротивления,. разрядники, накопительные конденсаторы, вы-4$ соковольтный коммутатор для подсоединения нагрузки к генератору и конден" сатор, компенсирующий влияние паразитной индуктивности разрядного контура, компенсирующие конденсаторы у установлены в каждом из каскадов и подключены параллельно зарядным сопротивлениям.

Такое выполнение компенсирующего конденсатора приводит к возрастанию 15 скорости повышения напряжения на высоковольтном коммутаторе, работающем на принципе самопробоя, что улучшает стабильность его срабатывания.

Это обеспечивает более высокую ста- Q)

:бильность амплитуды импульса на нагрузке,чем в известном устройстве.

Кроме того, благодаря такому решению становится возможным вместо специально изготавливаемого конденсатора большого габарита применять стандартные конденсаторы, выпускаемые промилленностью,чем и достигаетсл упрощение технологии изготовления и уменьшение габаритов генератора.

Включение компенсирующих конденсаторов, образующих малоиндуктивную емкость, приводит к малым временам роста напряжения на высоковольтном электроде коммутатора (rv 10 c), при которых становится возможным особый вид работы двухэлектродного коммутатора - многоканальный пробой. В этом случае ток коммутируется по нескольким каналам и результирующее сопротивление и индуктивность искры коммутатора уменьшаются по сравнению с одноканальным пробоем. Это приводит к уменьшению падения напряжения на коммутаторе, а также к снижению потерь s коммутаторе. Амплитуда формируемого импульса и КПД генератора в этом случае возрастают.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема генератора; на фиг. 2 схема его замещения.

Генератор содержит накопительные конденсаторы 1, зарядные сопротивления 2, демпферные сопротивления 3, разрядники 4, защитное сопротивление 5.

В каждом каскаде параллельно зарядному сопротивлению 2 подключен малоиндуктивный компенсирующий конденсатор б. Цепь компенсирующих конденсаторов б, заьикаемая на нагрузку 7 через высоковольтный коммутатор 8, образует малоиндуктивный рязрядный контур формирования фронта импульса на нагрузке 7.

На схеме замещения (фиг. 2)представлены следующие параметры генератора: эквивалентная емкость 9 генератора, эквивалентная индуктивность 10 цепи зарядки компенсирующего конденсатора, эквивалентное с6противление

11 цепи зарядки компенсирующего конденсатора, разрядник . 12, выполнянж ий функцию последнего разрядника генератора; конде нс ат ор 1 3., компе нсирунщи и влияние индуктивности разрядного контура генератора. Перечисленные параметры образуют эквивалентный контур T. Эквивалентный контур II состоит иэ конденсатора 13, эквивалентной нндуктивности 14> коммутатора 15, присоединяющего нагрузку к генератору, и сопротивления 16 нагрузки.

Генератор работает следующим образом;

После зарядки конденсаторов 1 до рабочего напряжения (фиг. 1) подается вы"оковольтный запускающий импульс на разрядники 4, что приводит к их последовательному срабатыванию. По мере срабатывания разрядников 4 происходит зарядка конденсаторов б от

999142

20 где L - эквивалентная индуктивность

10 (фи г. 2);

° |: — емкость накопительного кон- 25 денсатора 1 (фиг. 1 ))

С - емкость компенсирующего

2. конденсатора б (фиг. 1);

R — эквивалентное сопротивление

11 {фиг. 2). 30

Сравним величину индуктивности в предлагаемом генераторе и индуктивность L1 в прототипе. Эквивалентная индуктивность Lg равна

Ь =I, +L +1+(01 02 P Ul где L — собственная индуктивность одного конденсатора 1 (фиг. 1) )

- собственная индуктивность -0 одного конденсатора 6 (фиг. 1); — индуктивность одного разрядника с ошиновкой; — индуктивность шйн, присоединяющих конденсатор 6 к каскаду генератора. (1 9401+1 0 ++>4p+4ТГ

45 где n — число каскадов генератора; для мощных мегавольтных генераторов

10 30;

- собственная индуктивность высоковольтного компенсирующего конденсатора) 55

L - индуктивность обратного токопровода генератора.

Из сравнения выражений для L u следует, что да>хе при условии ра1

"о л Ьм =,Ьоз+(.т . 60 получается, что, L< - n L „, т. е.

L 7> Lg

Следовательно, время зарядки эквивалентной емкости конденсатора 13 (фиг. 2 ), а также время нарастания накопительных конденсаторов 1. Ввиду близкого расположения этих конденсаторов индуктивность зарядной цепи (фиг. 2) получается небольшой. Выбором величины перенапряжения на разрядниках 4 обеспечивается высокая скорость срабатывания разрядников генератора, благодаря чему время зарядки цепочки конденсаторов б (фиг. 1), т. е. конденсатора 13 (фиг. 2), почти такое же как и время 10 зарядки одного конденсатора б, определяемое индуктивностью цепи 10 зарядки (фиг. 2 ). Следовательно, время нарастания напряжения конденсатора 13 до максимальной величины будет опре- 15 деляться выражением напряжения на коммутаторе 15 (фиг. 2) уменьшается

"Ъад (7 " "л,, 5Oä где Ф вЂ” соответствующее время зарядки в известном генераторе.

Таким образом, предлагаемое разделение компенсирующего конденсатора на ряд конденсаторов б (фиг. 1), присоединяемых к генератору покаскадно, приводит к возрастанию -скорости повышения напряжения на коммутаторе 8 (фиг. 1), что улучшает стабильность срабатывания коммутатора 8, работающего на принципе самопробоя, а следовательно и стабильность амплитудЫ импульса на нагрузке. При малых временах роста напряжения- на высоковольтном электроде коммутатора 8 (40 g) реально достижиьумх в предлагаемом генераторе, возможен особый вид работы двухэлектродного коммутаторамногоканальный пробой. В этом случае ток коммутируется по нескольким каналам, и результируккцее сопротивление и индуктивность искры коммутатора уменьшаются.по сравнению с одноканальным пробоем. Это IlpHBo T к уменьшению падения напряжения на коммутаторе, а также к снижению потерь в коммутаторе. Амплитуда формируемого импульса и 1(ПД генератора в этом случае возрастают.

Необходимо отметить, что в предлагаемом генераторе сохраняется компенсация индуктивности разрядного контура генератора при формировании фронта импульса на нагрузке. Как видно иа фиг. 1, конденсаторы 6 подсое; диняются к каждому зарядному сопротивлению генератора.В схемах мощных глегавольтных генераторов обычно используется двухполярная зарядка накопительных конденсаторов.Для достижения больших перенапряжений на разрядниках генератора (от двухкратного до шестикратного) за счет реостатновмкостных связей между каскацами число зарядных сопротивлений,а следовательно и конденсаторов 6 возрастает.Это позволяет выполнить конструктивно несколько параллельных ветвей иэ цепочек конденсаторов 6 с малоиндуктивной ошиновкой,что снижает величину эквивалентной индуктивности

14 контура и (фиг. 2 ).Величина эквивалентной индуктивности 14 в предлагаемом генераторе становится сравнимой с эквивалентной индуктивностью в известном,что позволяет достичь аналогичной величины длительности фронта импульса на нагрузке.При ус.-. ловии емкостной нагрузки генератора

999142 где L2

I 2

С@

Формула изобретения

/

/

Фиар

Р а

Составитель В. Ермаков

Техред T.Èàòî÷êà . Корректор Н. Король

Редактор О. Юрковецкая

Заказ 1173/77 Тираж 934

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений:и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб-., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП Патент, ужгород, ул. Проектная, 4 эквивалентная индуктивность

14 (фиг. 2 ); — эквивалентная индуктивность в известном генераторе;

-длительность фронта импульса

;на емкостной нагрузке в из,вестном генераторе.

Генератор импульсных напряжений, выполненный по каскадной схеме умножения Аркадьева-Маркса, содержащий зарядные сопротивления, разрядники, накопительные конденсаторы, высоковольтный коммутатор для подсоединения нагрузки к генератору и конденсатор, компенсирующий влияние паразиткой индуктивности разрядного контура, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности амплитуды формируемого импульса и уменьшения габаритов генератора, компенсирующие конденсаторы установлены в каждом из каскадов и подключены параллельно зарядным сопротивлениям.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Месяц Г.A. Генерирование мощных наносекундных импульсов. М., "Советское. радио", 1974, с. 135.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 156616, кл. Н 03 К 3/53, 1963.