ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ МАЛОИНДУКТИВНЫЙ НИЗКОИМПЕДАНСНЫЙ КОНДЕНСАТОР Российский патент 1999 года по МПК H01G4/01 H01G4/228 

Изобретение относится к области мощной импульсной техники. Целью достижения низких значений собственной индуктивности и импеданса конденсаторов является сокращение длительности разряда (увеличение мощности), повышение доли энергии, реализуемой в электрической нагрузке (эффективности), повышение качества этой энергии (преобразование энергии не только в тепловую форму), что делает возможным достижение экстремальных параметров состояний электрической нагрузки. Малоиндуктивный конденсатор с коротким временем реализации энергии может быть эффективно использован в промышленных и исследовательских установках для получения мощных сильноточных разрядов короткой длительности, магнитных полей мегагауссного уровня, плазмы с экстремальными параметрами состояния, мощных энергетических потоков (кинетических, тепловых, электромагнитных) и т.д.

Известны конструкции малоиндуктивных конденсаторов и их элементов [1-3]. В них собственная индуктивность доведена до значений L=10-30 нГн. Однако волновое сопротивление этих конденсаторов Z= (L/C)^0,5≈0.1-1 Ом - велико. Вследствие этого, во-первых, ограничена возможность получения сильных токов в нагрузке такого конденсатора (ток уровня 1МА достигается при напряжении, превышающем 0.1-1МВ) и, во-вторых, эффективность реализации электрической энергии конденсатора в омической нагрузке с характерным сопротивлением R≈10^-3 -10^-4 Ом за время τ ≤2(LC)^-1=2ZC составит малое значение R/Z≈(0,1-1)%.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности предложению является высоковольтный малоиндуктивный конденсатор [4], состоящий из металлического корпуса, в котором размещен пакет пластинчатых секций, состоящий из межсекционной изоляции, обкладок из металлической фольги и размещенных между ними изоляционных пластин с выступом, при этом контактные лепестки обкладок каждой секции заложены внутрь пакета с возможностью осуществления электрического контакта с обкладками присоединяемой секции посредством лепестков. Изоляционные пластины выполнены с одним выступом, загнутым на торец пакета. Недостатком этого конденсатора является значительная собственная индуктивность (≈100 нГн), обусловленная, в основном, конфигурацией электродов, объединяющих секции конденсатора в единый пакет, а также большое волновое сопротивление (единицы Ом).

Задачей предлагаемого технического решения является существенное уменьшение как собственной индуктивности, так и волнового сопротивления конденсатора до характерных значений: ≤1 нГн и ≤1 мОм соответственно. Решение этой задачи достигается синтезом следующих технических предложений: приданием токопроводящим и электроизолирующим обкладкам конденсатора оптимальной формы; электрическим объединением обкладок конденсатора одноименной полярности при минимальной паразитной индуктивности; оптимизацией размещения и конструкции выводов конденсатора.

Конденсатор выполнен в виде пакета плоских полосковых линий, расположенных одна над другой и электрически соединенных между собой параллельно на одном из торцов. Слоистый пакет находится внутри устройства, сжимающего пластины и выдавливающего воздух из межслойного пространства (фоновая ионизация воздуха инициирует пробой межэлектродной изоляции). Токопроводящие пластины (1) пакета плоских полосковых линий (фиг. 1) выполнены в форме прямоугольников, два угла которых с меньшей стороны прямоугольников асимметрично обрезаны по линиям (2), являющимся основаниями прямоугольных равнобедренных треугольников с разными высотами, и расположены обрезанной стороной в одном направлении таким образом, что у четных пластин одинаково обрезанные углы расположены с одной, большей стороны прямоугольников, а у нечетных пластин таким же образом обрезанные углы расположены с противоположной стороны прямоугольников. Каждая из токопроводящих пластин находится внутри сложенной вдвое пленки изолятора (3) и упирается торцом с обрезанными углами в линию сгиба пленки изолятора (4). Углы сложенной пленки изолятора со стороны сгиба симметрично обрезаны по линиям (5), являющимся основаниями равных прямоугольных равнобедренных треугольников, так что большая линия обреза угла токопроводящей пластины перекрывается пленкой изолятора, а меньшая линия обреза противоположного угла токопроводящей пластины выступает за линию обреза пленки изолятора. Выступающие за линию обреза изоляторов (5) края разноименно заряжаемых электропроводящих пластин конденсатора (1) расположены по разные стороны пакета пластин, чем достигается их электрическая изоляция друг от друга. К неизолированным кромкам (1) разноименных обкладок конденсатора прижимаются для осуществления надежного электрического контакта плоские токосъемные шины-выводы (6), которые плотно огибают пакет пластин по контуру обрезанной части для минимизации индуктивности токосъема.

Сравнение с прототипом показало, что заявляемое устройство отличается формой электропроводящих и изоляционных пластин, их взаимным расположением, способом электрической коммутации электропроводящих пластин одноименной полярности и конструкцией выводов конденсатора.

Исследование патентной и научно-технической литературы не выявило устройств, которым присуща вся совокупность признаков заявляемого технического решения. Этот факт предопределяет соответствие заявляемого объекта критерию "новизна". Признаки заявляемого технического решения, перечисленные в отличительной части формулы изобретения (форма пластин и изоляторов, их взаимное расположение, способ электрической коммутации электропроводящих пластин, конструкция выводов конденсатора), в известной научно-технической и патентной литературе не обнаружены. Кроме того, технический результат достигается всей совокупностью существенных признаков. Следовательно, предлагаемое техническое решение отвечает требованию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображен профиль составляющих пакета полосковых линий. Четные и нечетные токопроводящие пластины (1) обрезаны по линиям (2). Друг от друга пластины изолированы диэлектрической пленкой (3), сложенной вдвое и согнутой по линии (4). Углы пленки обрезаны по линиям (5). К неизолированным краям одноименно заряжаемых пластин присоединяются токосъемные шины- выводы конденсатора (6), спрофилированные по контуру пакета.

В качестве токопроводящих пластин может быть использована алюминиевая или медная фольга, а для их взаимной изоляции - диэлектрические пленки. Электрическая прочность и толщина пленки определяют уровень рабочего напряжения конденсатора.

Литература
1. А.с.SU N383099 от 16.11.70, МПК H 01 G 1/14.

2. А.с.SU N621028 от 25.08.78, МПК H 01 G 1/00.

3. Патент RU N2036523, МПК H 01 G 9/00.

4. А.с. SU N1821832 от 06.12.93, МПК H 01 G 1/14.

Высоковольтный малоиндуктивный низкоимпеденсный конденсатор представляет собой пакет расположенных одна над другой и соединенных параллельно плоских полосковых линий. Токопроводящие пластины плоских полосковых линий выполнены в форме прямоугольников, два угла которых с меньшей стороны прямоугольников асимметрично обрезаны по линиям, являющимся основанием прямоугольных равнобедренных треугольников с разными высотами. У четных пластин одинаково обрезанные углы расположены с одной, большей стороны прямоугольников, а у нечетных пластин таким же образом обрезанные углы расположены с противоложной стороны прямоугольников. Каждая из токопроводящих пластин находится внутри сложенной вдвое пленки изолятора и упирается торцом с обрезанными углами в линию сгиба пленки. Углы сложенной пленки изолятора со стороны сгиба симметрично обрезаны по линиям, являющимся основаниями равных прямоугольных равнобедренных треугольников, так что большая линия обреза угла токопроводящей пластины перекрывается пленкой изолятора, а меньшая линия обреза противоположного угла токопроводящей пластины выступает за линию обреза пленки изолятора. К выступающим кромкам разноименных обкладок конденсатора прижимаются для осуществления надежного электрического контакта плоские токосъемные шины-выводы, которые плотно огибают пакет пластин по контуру обрезанной части. Изобретение уменьшает собственную индуктивность конденсатора и его волновое сопротивление. 1 ил.

Высоковольтный малоиндуктивный низкоимпедансный конденсатор, представляющий собой пакет расположенных одна над другой и соединенных параллельно плоских полосковых линий, находящихся внутри плотно сжимающего их устройства, отличающийся тем, что токопроводящие пластины плоских полосковых линий выполнены в форме прямоугольников (1), два угла которых с меньшей стороны прямоугольников асимметрично обрезаны по линиям (2), являющимся основанием прямоугольных равнобедренных треугольников с разными высотами, и расположены обрезанной стороной в одном направлении таким образом, что у четных пластин одинаково обрезанные углы расположены с одной, большей стороны прямоугольников, а у нечетных пластин таким же образом обрезанные углы расположены с противоположной стороны прямоугольников; каждая из токопроводящих пластин находится внутри сложенной вдвое пленки изолятора (3) и упирается торцом с обрезанными углами в линию сгиба пленки (4); углы сложенной пленки изолятора со стороны сгиба симметрично обрезаны по линиям (5), являющимся основаниями равных прямоугольных равнобедренных треугольников, так что большая линия обреза угла токопроводящей пластины перекрывается пленкой изолятора, а меньшая линия обреза противоположного угла токопроводящей пластины выступает за линию обреза пленки изолятора; к выступающим за линию обреза изоляторов (5) кромкам (1) разноименных обкладок конденсатора прижимаются для осуществления надежного электрического контакта плоские токосъемные шины-выводы (6), которые плотно огибают пакет пластин по контуру обрезанной части.