ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ИМПУЛЬСНЫЙ ГЕНЕРАТОР Российский патент 2006 года по МПК H03K3/53 

Область техники

Изобретение относится к области высоковольтной техники. Оно касается электрического импульсного генератора, согласно ограничительной части независимого пункта формулы.

Уровень техники

В импульсном генераторе напряжения Маркса несколько генераторных ступеней удерживаются в виде башни друг над другом несущей конструкцией. Несущая конструкция составлена обычно из отдельных изолирующих труб из гетинакса или стеклопластика и содержит при необходимости для повышения механической стабильности раскосы, стальную раму, промежуточные платформы, боковые оттяжки со стекловолокнистым кабелем и т.д. Генераторные ступени заряжаются в параллельной схеме и разрежаются в последовательной схеме посредством коммутационного органа, в основном, коммутирующего искрового промежутка. В частности, при более высоких импульсных напряжениях, для генерирования которых требуется несколько коммутационных органов, при использовании искровых шаровых разрядников на открытом воздухе приходится считаться со спонтанными нежелательными коммутационными процессами. Снижение пробивного напряжения и самоподжигание искровых промежутков может быть вызвано загрязнением воздуха, например, из-за пылевых отложений, витающих частиц, угара или образования озона во время предыдущих разрядных процессов. Эта проблема решалась до сих пор за счет общего или индивидуального корпусирования искровых промежутков или пропускания через корпус отфильтрованного воздуха.

Общее корпусирование реализовано, например, фирмой «Хайвольт» в Дрездене за счет того, что создают отдельный, поддерживаемый с боков несущей конструкцией камин, который охватывает расположенные вертикально друг над другом искровые промежутки и имеет на нижнем конце воздуховпускное отверстие с вентилятором, а на верхнем конце - воздуховыпускное отверстие. Камин может быть выполнен в виде изолирующей трубы, при необходимости со смотровыми окошками для искровых промежутков. Недостатком являются дополнительные конструктивные и денежные затраты. С одной стороны, несущая конструкция импульсного генератора должна быть рассчитана на дополнительное удержание камина. С другой стороны, искровые промежутки должны быть расположены относительно отдельно от остальных компонентов импульсного генератора, с тем чтобы обеспечить достаточные изолирующие промежутки между стенкой камина и искровыми промежутками. Окруженная поверхность поджигающего контура за счет этого увеличивается, а характеристика коммутационного процесса ухудшается из-за повышенной собственной индуктивности.

Индивидуальное корпусирование каждого отдельного искрового промежутка реализовано, например, фирмой «Пассони э Вилла». Каждый корпус отдельно снабжают отфильтрованным воздухом, а воздухообмен достигается за счет неплотностей. Потребность в пространстве для корпуса на каждой генераторной ступени, а также питающие пневмопроводы обуславливают значительные дополнительные затраты.

Изложение изобретения

Задачей изобретения является создание усовершенствованного электрического импульсного генератора, у которого с небольшими дополнительными затратами предотвращены непреднамеренные самоподжигания искровых промежутков. Эта задача решается посредством признаков независимого пункта формулы.

Решение, согласно изобретению, состоит в электрическом импульсном генераторе, который предназначен, в частности, для генерирования высоких импульсных напряжений или импульсных токов, включает в себя несущую конструкцию, по меньшей мере, для одной заряжаемой генераторной ступени, содержащей коммутирующий искровой промежуток для создания электрических пробоев в газообразной среде и дополнительные электрические компоненты для зарядки и/или разрядки генераторной ступени, причем коммутирующий искровой промежуток расположен в камине с заданным газообменом для регулирования и/или поддержания постоянной электрической прочности газообразной среды, причем далее камин выполнен в виде несущей конструкции, и несущая конструкция выполняет несущую функцию для коммутирующего искрового промежутка и, по меньшей мере, для одного из электрических компонентов, по меньшей мере, одной заряжаемой генераторной ступени. За счет придания камину несущих функций можно уменьшить или устранить конструктивные затраты на обычную несущую конструкцию. Благодаря этому возможна значительная экономия издержек.

В одном примере выполнения камин выполняет несущую функцию, по меньшей мере, для одного импульсного конденсатора и/или, по меньшей мере, одного последовательного резистора, параллельного резистора, зарядного резистора и/или потенциометра, по меньшей мере, одной заряжаемой генераторной ступени. В частности, камин образует несущую конструкцию для всех ступеней импульсного генератора.

В другом примере выполнения камин представляет собой изолирующую трубу многоугольного или круглого сечения, и на боковых стенках изолирующей трубы могут быть закреплены электрические компоненты каждой генераторной ступени, в частности импульсный конденсатор, последовательный резистор и параллельный резистор. Таким образом создается лежащий внутри камин, и реализуется очень простая и компактная конструкция импульсного генератора.

В другом примере выполнения изолирующая труба имеет небольшую площадь сечения для создания низкоиндуктивного поджигающего контура с небольшой окруженной поверхностью. За счет встроенной структуры камина и несущей конструкции индуктивность поджигающего контура можно снизить до недостижимых до сих пор для корпусированных импульсных генераторов низких значений и соответственно улучшить электрическую характеристику коммутационного процесса. Предпочтительно изолирующая труба выполнена с возможностью составления из штабелируемых друг над другом модулей, причем модули включают в себя, по меньшей мере, одну генераторную ступень и преимущественно две, три или четыре генераторные ступени. Модульная конструкция обеспечивает эффективное предварительное изготовление на заводе, а также быструю и простую окончательную сборку у заказчика. За счет добавления или удаления модулей импульсный генератор с экономией времени и гибко может быть согласован с различными желаемыми высоковольтными или высокоамперными значениями.

Модульность приносит большую пользу для потребителя также в эксплуатации.

В другом примере выполнения камин состоит из изолирующих плит, объединенных в треугольную цилиндрическую конструкцию, и каждая боковая стенка треугольной цилиндрической конструкции имеет крепежные отверстия для монтажа коммутирующего искрового промежутка, импульсного конденсатора и двух присоединительных кронштейнов для насаживания последовательного и параллельного резисторов. Треугольная цилиндрическая конструкция отличается возможностью простейшего изготовления, механической устойчивостью, компактностью и очень маленькой окруженной индуктивной поверхностью поджигающего контура.

Другие выполнения, преимущества и применения изобретения следуют из зависимых пунктов формулы, а также из нижеследующего описания с помощью фигур.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - несущая каминная конструкция, согласно изобретению, для импульсного генератора в сечении.

Фиг.2 - каминная конструкция по фиг.1 при виде сбоку.

Пути осуществления изобретения

На фиг.1 изображено сечение ступени 3 электрического импульсного генератора 1 и, в частности, импульсного генератора 1 напряжения Маркса для вырабатывания импульсообразных высоких напряжений. В изображенной генераторной ступени 3 изображены коммутирующий искровой промежуток 4, импульсный конденсатор 5 и присоединительные кронштейны 6 для защемления, по меньшей мере, одного параллельного резистора 8 в генераторной ступени 3 и, по меньшей мере, одного последовательного резистора 7 между двумя расположенными друг над другом генераторными ступенями 3. Коммутирующий искровой промежуток 4 содержит два обычно скругленных пробивных электрода 4b. Общеизвестный принцип действия основан на том, что в нескольких генераторных ступенях 3, по меньшей мере, каждый импульсный конденсатор 5 заряжается параллельно через зарядные резисторы 9 и импульсообразно разрежается через последовательные 7 и параллельные 8 резисторы в последовательной схеме. Известным сам по себе образом последовательные резисторы 7, называемые также лицевыми, торцовыми или демпфирующими резисторами 7, служат для расчета времени нарастания импульсов, а параллельные резисторы 8 - для расчета времени спада импульсов. Потенциометры 9 могут быть предусмотрены для более равномерного распределения напряжения и/или для надежного устранения остаточных зарядов корпусов импульсных конденсаторов 5. Импульсный конденсатор 5 имеет вводы 5b для его высоковольтных выводов 5а, рассчитанных обычно на 100 или 200 кВ на каждую генераторную ступень 3. Выводы 5а посредством как можно более коротких кабельных соединений и т.п. находятся в высоковольтном соединении с выводами 4а коммутирующего искрового промежутка 4 и кронштейнами 6 для резисторов 7, 8. Боковые стенки 11 образуют несущую конструкцию или камин 2 для коммутирующего искрового промежутка 4 и электрических компонентов 5-10 генераторной ступени 3. Кроме того, боковые стенки 11 образуют окруженное с боков пространство 22, служащее камином 2 для воздухообмена для лежащего внутри камина 2 коммутирующего искрового промежутка 4. Через камин 2 можно направлять воздух, сухой воздух или иную среду, например защитный газ, с тем чтобы поддерживать постоянной электрическую прочность коммутирующего искрового промежутка 4 или повысить ее относительно окружающего воздуха. В частности, через камин 2 уносятся витающие в воздухе частицы, пыль, угар или озон от предыдущих разрядных процессов из зон коммутирующего искрового промежутка 4. Камин 2, согласно изобретению, объединяет в себе, следовательно, как функцию контролируемого воздухообмена, так и несущую функцию для электрических компонентов 5-10.

В примере выполнения на фиг.1 реализована особая компактность за счет каминной конструкции 2. Треугольная форма соответствует близкому или даже минимальному расстоянию между коммутирующим искровым промежутком 4, импульсным конденсатором 5 и резисторами 7, 8, причем плоские боковые стенки 11 особенно пригодны для простого монтажа электрических компонентов 5-9. Другие многоугольные сечения камина также возможны и при необходимости целесообразны, например, при наличии нескольких импульсных конденсаторов 5 на каждую генераторную ступень 3 или дополнительных вспомогательных искровых промежутков (не показаны). Предпочтительно в каждой генераторной ступени 3, вне камина 2, расположены импульсный конденсатор 5, последовательный резистор 7, параллельный резистор 8 и/или зарядный резистор 9, которые содержат контакты или вводы 5b во внутреннее пространство 22 камина. За счет этого электрические компоненты 5-9 и особенно резисторы 7-9 могут быть очень легко заменены снаружи и видны. В частности, можно контролировать значение сопротивления за счет характерной окраски. Привод 4d для юстировки коммутирующих искровых промежутков 4 может быть расположен в камине 2. Камин 2 может быть снабжен смотровыми окошками 4с для коммутирующих искровых промежутков, которые известным сам по себе образом служат для визуального контроля и при необходимости оптической предварительной ионизации и, тем самым, для облегчения поджигаемости воздуха в коммутирующем искровом промежутке 4. Благодаря описанной каминной конструкции может быть создан импульсно-волновой или поджигающий контур с очень малой площадью сечения или окруженной поверхностью 22 и поэтому с низкой самоиндукцией.

За счет встроенной каминной несущей конструкции с лежащим внутри пространством 22 камина создается очень стабильная, компактная, легко изготовляемая и легко манипулируемая несущая конструкция для нескольких или всех ступеней 3 импульсного генератора 1. Импульсный генератор 1 может представлять собой также аналогично выполненный импульсный генератор 1 тока. Обычные несущие конструкции с опорными трубами и стальными рамами или промежуточными соединительными плитами для бокового удержания опорных труб могут быть, таким образом, упрощены или, как показано, могут полностью отпасть. Каминная несущая конструкция 2 может быть при необходимости дополнительно стабилизирована с боков за счет боковых оттяжек со стекловолокнистыми кабелями и т.п.

В приведенном примере выполнения каминная конструкция, т.е. труба треугольного сечения, выполнена из образующих боковые стенки 11 изолирующих плит, имеющих крепежные отверстия для монтажа электрических компонентов 4-9. Изолирующие плиты 11 соединены металлическими уголковыми элементами 11а, которые контактируют с соседними выводами 4а, 5а, 6а электрических компонентов 4-9 проводами 11b и т.п. Две боковые стенки 11 треугольной каминной конструкции содержат в зоне импульсного конденсатора 5 выступающие части 12, по меньшей мере, с одним несущим отверстием 13 каждая. В частности, через несущие отверстия 13, в основном, через центр тяжести импульсного генератора 1 проходит линия соединения, так что импульсный генератор 1 или отдельный генераторный модуль 14 может быть очень легко и без бокового движения опрокидывания поднят и транспортирован посредством входящего в несущие отверстия 13 подъемного механизма.

На фиг.2 каминная несущая конструкция изображена при виде сбоку. Треугольная, многоугольная или круглая изолирующая труба 11 изображена здесь с возможностью составления из штабелируемых друг над другом модулей 14. Например, в случае треугольных модулей 14 возможность насаживания может быть реализована за счет того, что модули 14 содержат выступающие, расположенные со смещением к одной боковой стенке 11 центрирующие элементы (не показаны), в частности приклеенные или смонтированные на уголковых элементах 11а центрирующие носики. В целом, может быть предусмотрена также центрирующая рама для насаживания модулей 14. Каждый модуль 14 включает в себя, по меньшей мере, одну генераторную ступень 3 и преимущественно две, три или четыре генераторные ступени 3. Модули 14 могут быть предусмотрены также при любых других формах сечения камина. Самый нижний модуль 14 должен иметь воздуховпускное отверстие 15а с вентилятором, а самый верхний модуль 14 - воздуховыпускное отверстие 15b. Впуск и выпуск воздуха могут быть расположены также наоборот. Несущая конструкция и камин 2, в частности образующий несущую конструкцию камин 2, может или могут быть смонтированы на передвижной тележке 16, например на роликовом транспортном средстве или транспортном средстве на воздушной подушке.

Электрический импульсный генератор, содержащий встроенную каминную несущую конструкцию для импульсного генератора напряжения Маркса с несколькими генераторными ступенями. Известно, что камин для обдува воздухом коммутирующих искровых промежутков располагают отдельно от несущей конструкции для коммутирующих искровых промежутков, импульсных конденсаторов, а также последовательных и параллельных резисторов. Согласно изобретению камин выполняет несущую функцию для коммутирующего искрового промежутка и отдельных или всех электрических компонентов импульсно-волновой схемы. В одном примере выполнения камин состоит из треугольной цилиндрической несущей конструкции, причем боковые стенки образованы изолирующими плитами и размещают по одному из электрических компонентов коммутирующий искровой промежуток, импульсный конденсатор и резисторы. Преимущества изобретения: уменьшение конструктивных затрат и экономия издержек, компактная конструкция с небольшой площадью сечения камина и, тем самым, небольшой собственной индуктивностью импульсно-волновой схемы, а также возможность простого изготовления, простой транспортировки и манипулирования за счет насаживаемых модулей для соответствующей, по меньшей мере, одной генераторной ступени. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Электрический импульсный генератор (1), в частности, для генерирования высоких импульсных напряжений или импульсных токов, содержащий образующую камин (2) несущую конструкцию, по меньшей мере, для одной заряжаемой генераторной ступени (3), а также коммутирующий искровой промежуток (4) для создания электрических пробоев в газообразной среде и дополнительные электрические компоненты (5-10) для зарядки и/или разрядки генераторной ступени (3), причем коммутирующий искровой промежуток (4) расположен в камине (2) с заданным газообменом для регулирования и/или поддержания постоянной электрической прочности газообразной среды, при этом несущая конструкция (2) выполняет несущую функцию для коммутирующего искрового промежутка (4) и, по меньшей мере, для одного из электрических компонентов (5-10), по меньшей мере, одной заряжаемой генераторной ступени (3), причем камин (2) выполнен в виде изолирующей трубы (2) многоугольного или круглого сечения и на боковых стенках (11) изолирующей трубы (2) для каждой генераторной ступени (3) закреплены импульсный конденсатор (5), последовательный резистор (7) и параллельный резистор (8), отличающийся тем, что импульсный конденсатор (5), последовательный резистор (7), параллельный резистор (8) и зарядный резистор (9) расположены вне камина (2) и предусмотрены контакты или вводы (5b) во внутреннее пространство (22) камина.2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что а) камин (2) выполняет несущую функцию, по меньшей мере, для одного импульсного конденсатора (5), по меньшей мере, одной заряжаемой генераторной ступени (3) и б) камин (2) выполняет несущую функцию, по меньшей мере, для одного последовательного резистора (7), параллельного резистора (8), зарядного резистора (9) и/или потенциометра (10), по меньшей мере, одной заряжаемой генераторной ступени (3), в) при этом, в частности, камин (2) образует несущую конструкцию для всех ступеней (3) импульсного генератора (1).3. Генератор по одному из предыдущих пп.1 и 2, отличающийся тем, что а) изолирующая труба (2) имеет небольшую площадь сечения для создания низкоиндуктивного поджигающего контура с небольшой окруженной поверхностью и/или б) изолирующая труба (2) выполнена с возможностью составления из штабелируемых друг над другом модулей (14), включающих в себя, по меньшей мере, одну генераторную ступень (3), преимущественно две, три или четыре генераторные ступени (3).4. Генератор по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что внутри камина (2) расположены выводы (4а, 5а, 6а) коммутирующего искрового промежутка (4), импульсного конденсатора (5), последовательного резистора (7) и параллельного резистора (8).5. Генератор по одному из предыдущих пп.1-4, отличающийся тем, что а) камин (2) состоит из изолирующих плит (11), объединенных в треугольную каминную конструкцию (2), и б) каждая боковая стенка (11) имеет крепежные отверстия для монтажа коммутирующего искрового промежутка (4), импульсного конденсатора (5) и двух присоединительных кронштейнов (6) для насаживания последовательного (7) и параллельного (8) резисторов.6. Генератор по одному из предыдущих пп.1-5, отличающийся тем, что а) изолирующие плиты (11) соединены металлическими уголковыми элементами (На), которые контактируют с соседними выводами (4а, 5а, 6а) коммутирующего искрового промежутка (4) и электрических компонентов (5-9), и/или б) треугольная каминная конструкция (2) выполнена с возможностью составления из треугольных цилиндрических модулей (14), несущих, по меньшей мере, одну генераторную ступень (3), преимущественно две, три или четыре генераторные ступени (3), и выполненных с возможностью насаживания друг на друга; в) в частности, каждый цилиндрический модуль (14) содержит выступающие расположенные со смещением к одной боковой стенке (11) центрирующие элементы, в частности приклеенные или смонтированные на уголковых элементах (11а) центрирующие носики, или центрирующую раму для насаживания цилиндрических модулей (14).7. Генератор по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что а) две боковые стенки (11) треугольной каминной конструкции (2) содержат в зоне импульсного конденсатора (5) выступающие части (12), по меньшей мере, с одним несущим отверстием (13) каждая и б) в частности, через несущие отверстия (13), в основном, через центр тяжести импульсного генератора (1) проходит линия соединения.8. Генератор по одному из предыдущих пп.1-7, отличающийся тем, что а) камин (2) содержит смотровые окошки (4с) для коммутирующих искровых промежутков (4) и/или б) в камине (2) расположен привод (4d) для коммутирующего искрового промежутка (4) и/или в) при необходимости также в камине (2) расположены дополнительные искровые промежутки.9. Генератор по одному из предыдущих пп.1-8, отличающийся тем, что а) камин (2) имеет на одном конце, преимущественно на нижнем конце, воздуховпускное отверстие (15а) с вентилятором, а на другом конце, преимущественно на верхнем конце, - воздуховыпускное отверстие (15b) и/или б) несущая конструкция и камин (2), в частности образующий несущую конструкцию камин (2), смонтирован или смонтированы на передвижной тележке (16), в частности на роликовом транспортном средстве или транспортном средстве на воздушной подушке, и/или в) импульсный генератор (1) представляет собой импульсный генератор (1) напряжения Маркса или импульсный генератор тока.