СПОСОБ СИНХРОНИЗАЦИИ МНОГОМОДУЛЬНОГО ГЕНЕРАТОРА ИМПУЛЬСОВ НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК H03K3/53 

Описание патента на изобретение RU2501158C1

Изобретение относится к импульсной высоковольтной технике, предназначено для получения импульсов напряжения до нескольких мегавольт и может быть использовано в составе электрофизических установок, в частности в мощных импульсных ускорителях электронов прямого действия.

Известен способ синхронизации многомодульного генератора импульсов напряжения, включающий высоковольтный запуск разрядников модулей, подачу в разрядники модулей давления, использование управляемых разрядников. Синхронизация срабатывания модулей (собранных по схеме Аркадьева-Маркса) обеспечивается подачей на пусковые электроды первых шести разрядников каждого модуля сигнала амплитудой 550 кВ и фронтом 80 нс. Высоковольтные импульсы генерируются девятью пусковыми генераторами, каждый из которых запускает четыре модуля. При этом во всех разрядниках модулей используется одинаковое давление, равное 0,2 МПа, и все разрядники являются управляемыми трехэлектродными с резистивными связями средних электродов (Turman B.N., Martin Т.Н., Neau E.L. et al. Proc. of the 5th IEEE Pulsed Power Conference, Arlington, Virginia, 1985, p.155-161).

Использование данного способа позволило синхронизировать тридцать шесть модулей с разбросом срабатывания от первого до последнего модуля, равным ≈35 нс. При этом разброс (среднеквадратичное отклонение) срабатывания отдельных модулей составляет 3-7 нс.

Однако данный способ синхронизации многомодульного генератора является сложным и дорогостоящим, так как используются несколько высоковольтных генераторов для запуска модулей, а также все управляемые трехэлектродные разрядники.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения, выбранным в качестве прототипа, является способ синхронизации многомодульного генератора импульсов напряжения, включающий высоковольтный запуск разрядников модулей (собраны по схеме Аркадьева-Маркса), подачу давления в разрядники и использование управляемых разрядников. При этом все разрядники являются управляемыми трехэлектродными с резистивно-емкостными связями средних электродов. Перед запуском модулей (за 100 нс) обеспечивается ультрафиолетовая подсветка их первых разрядников, при этом давление в разрядниках всех модулей используется одинаковое. Запуск модулей осуществляется высоковольтным импульсом отрицательной полярности амплитудой 30 кВ, равной половине зарядного напряжения конденсаторов. Высоковольтный импульс подается на средний электрод первого разрядника («Разработка и исследование секций генератора напряжений по схеме Маркса для мощных импульсных систем», авторы: Воробьюшко М.И., Ковальчук Б.М., Кокшенев В.А. и др., Труды Всесоюзной конференции по инженерным проблемам термоядерных реакторов. Л.: НИИЭФА, 1977, т.3, с.160-167).

Использование данного способа для диапазона давлений в разрядниках от 0,2 до 0,24 МПа позволило достичь разброса срабатывания отдельных модулей от 15 до 60 нс, соответственно.

Однако в данном генераторе параллельно включенные модули срабатывают синхронно только при определенных условиях. При этом вывод о синхронном включении модулей делается на основании анализа тока в нагрузке, а это понижает достоверность измерений.

Задача, на решение которой направлено изобретение, - повышение надежности синхронного срабатывания многомодульного генератора импульсов напряжения (ГИН).

Технический результат, получаемый при использовании предлагаемого технического решения, - достижение одинакового времени срабатывания модулей при их параллельной работе.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе синхронизации многомодульного генератора импульсов напряжения, включающем высоковольтный запуск разрядников, подачу давления в разрядники, использование управляемых разрядников, особенностью является то, что часть разрядников являются управляемыми, при этом в разрядниках каждого модуля используется индивидуальное давление.

Всей совокупностью перечисленных признаков обеспечивается надежный пробой разрядников. Это дает возможность достичь одинакового времени срабатывания параллельно работающих модулей и, таким образом, решить задачу повышения надежности синхронного срабатывания многомодульного ГИН.

При проведении анализа уровня техники, включающего поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявлении источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, не обнаружено аналогов, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам данного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных отличительных признаков от прототипа, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию «изобретательский уровень» заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. В результате поиска не выявлены технические решения с этими признаками. На этом основании можно сделать выводы о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».

На фиг.1 представлена схема многомодульного ГИН с нагрузкой.

На фиг.2 представлена упрощенная принципиальная электрическая схема модуля ГИН.

На фиг.3 представлен общий вид одного модуля ГИН.

На фиг.4 представлено сечение модуля, указанное на фиг.3.

На фиг.5 представлены осциллограммы разрядных токов двенадцати модулей, иллюстрирующие их синхронную работу.

Устройство, реализующее заявляемый способ, содержит многомодульный генератор импульсов напряжения 1, состоящий из двенадцати параллельно включенных модулей 2, и индуктивную нагрузку 3 (фиг.1). Модули 2 расположены в металлическом контейнере 4, заполненном трансформаторным маслом. На высоковольтной стороне модули объединяются общим коллектором 5, к которому подключена нагрузка 3. Многомодульный генератор импульсов напряжения 1 и нагрузка 3, которая представляет собой бескаркасную катушку, характеризуются индуктивностями LГ и LH, соответственно. Индуктивность генератора LГ≈2,9 мкГн, а индуктивность нагрузки LH можно изменять в пределах от ≈2 до ≈10 мкГн. Также возможна работа ГИН 1 на омическую нагрузку.

Модули 2 (фиг.2) собраны по схеме Аркадьева-Маркса с двухполярной зарядкой (Смирнов С.М., Терентьев П.В. Генераторы импульсов высокого напряжения. М.: "Энергия", 1964, с.26). Каждый модуль 2 (фиг.2-4) содержит конденсаторы 6 (ИК 100-0,4), разрядники 7 и зарядные сопротивления 8 (4 кОм). Разрядники 7 каждого модуля 2 размещены в общем корпусе 9 - разрядное устройство и работают в среде сжатого сухого воздуха. При этом только часть разрядников (первые пять) модуля 2 являются управляемыми трехэлектродными с резистивными связями 10 (5 кОм, 200 Ом, 400 Ом, 1 кОм, 300 Ом) средних электродов (фиг.2), а остальные пять двухэлектродные. Каждый модуль снабжен измерительным устройством 11 - пояс Роговского (фиг.2).

Способ осуществляют следующим образом.

В разрядники 7 (разрядные устройства 9) каждого модуля 2 подается осушенный воздух (точка инея ≤-35ºС) под давлением P1…P12 (фиг.1), лежащим в следующем диапазоне 0,315…0,365 МПа. Давление в разрядниках 7 каждого модуля 2 используется индивидуальное и контролируется прецизионным манометром (на фиг. не показано). От источника постоянного напряжения (на фиг. не показано) плюс и минус полярности через зарядные сопротивления 8 происходит зарядка конденсаторов 6 модулей 2 до напряжения U0=±80 кВ (фиг.1, 2). Для регистрации разрядного тока всех модулей их пояса Роговского 11 подключаются к трем цифровым осциллографам TDS 2024.

Высоковольтный запуск разрядников 7 модулей 2 осуществляется подачей импульса отрицательной полярности, равного половине зарядного напряжения 40 кВ, на пусковые электроды первых разрядников каждого модуля (фиг.1, 2). После этого происходит последовательная коммутация разрядников 7 каждого модуля 2 (с 1 по 10) и их синхронное включение на общую нагрузку 3, что видно по осциллограммам разрядных токов модулей 2 (фиг.5). Отметим, что при использовании данного способа синхронизации получен разброс (среднеквадратичное отклонение) срабатывания отдельных модулей 5-10 нс.

Предлагаемый способ синхронизации был реализован в многомодульном ГИН 1, который был использован для создания мощного импульсного ускорителя электронов. В экспериментах генератор 1 разряжался на индуктивную нагрузку 3 (LH≈2 мкГн) и электрически взрывающиеся проводники (на фиг. не показано). При синхронной работе модулей 2 были получены ток генератора IГ≈200 кА и напряжение на электрически взрывающихся проводниках 6 MB (UЭВП~dIГ/dt), что соответствует четырехкратному увеличению выходного напряжения генератора, которое составляет ≈1,5 MB.

Таким образом, представленные данные свидетельствуют о выполнении при использовании способа по заявляемому изобретению следующей совокупности условий:

- процесс, воплощающий заявленный способ при его осуществлении, предназначен для использования в импульсной технике для формирования высоковольтных импульсов напряжения;

- для заявляемого способа в том виде, в котором он охарактеризован в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления.

Следовательно, заявляемый способ соответствует условию «промышленная применимость».

Похожие патенты RU2501158C1

название год авторы номер документа
МНОГОМОДУЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ИМПУЛЬСОВ МУЛЬТИТЕРАВАТТНОЙ МОЩНОСТИ 2013
  • Завьялов Николай Валентинович
  • Пунин Валерий Тихонович
  • Басманов Валерий Федорович
  • Гордеев Вячеслав Серафимович
  • Гришин Александр Владимирович
  • Мысков Геннадий Алексеевич
  • Назаренко Сергей Тихонович
  • Павлов Владимир Станиславович
  • Пучагин Сергей Юрьевич
  • Страбыкин Кирилл Валерьевич
RU2547235C1
ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ 1990
  • Федоров А.А.
RU2042263C1
УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ СИЛЬНОТОЧНЫХ ИМПУЛЬСОВ 2013
  • Юрьев Андрей Леонидович
  • Николаев Дмитрий Павлович
  • Поколев Александр Федорович
RU2531560C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИМПУЛЬСОВ ТОРМОЗНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ СО СЛОЖНЫМИ АМПЛИТУДНО-ВРЕМЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2017
  • Протас Роман Викторович
  • Лаврентьев Борис Николаевич
  • Мунасыпов Равиль Нурахметович
  • Перешитов Виктор Васильевич
  • Хафизов Реваль Рашадович
RU2643175C1
ГЕНЕРАТОР ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ИМПУЛЬСОВ 2014
  • Пухов Сергей Павлович
  • Юрьев Андрей Леонидович
  • Николаев Дмитрий Павлович
  • Лашманов Сергей Михайлович
RU2581016C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМИТАЦИИ ТОКОВ МОЛНИИ 1995
  • Матвеев Д.Д.
  • Медведев В.Л.
  • Плыгач В.А.
  • Соловаров В.И.
  • Хилинский Ю.А.
RU2110885C1
ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСНОГО НАПРЯЖЕНИЯ 2006
  • Куропаткин Юрий Петрович
  • Зенков Дмитрий Иванович
  • Ткачук Анатолий Александрович
  • Шамро Олег Алексеевич
  • Нижегородцев Владимир Иванович
RU2317637C1
ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ 2021
  • Юрьев Андрей Леонидович
  • Полиенко Григорий Анатольевич
  • Шмонин Глеб Алексеевич
RU2754358C1
ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСНЫХ ТОКОВ 1990
  • Борткевич С.П.
RU2014730C1
Устройство запуска управляемого высоковольтного коммутатора 1982
  • Пекарь Изя Рахмилович
  • Бочаров Виталий Александрович
  • Зябко Юрий Павлович
SU1045356A1

Иллюстрации к изобретению RU 2 501 158 C1

Реферат патента 2013 года СПОСОБ СИНХРОНИЗАЦИИ МНОГОМОДУЛЬНОГО ГЕНЕРАТОРА ИМПУЛЬСОВ НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к импульсной высоковольтной технике, предназначено для получения импульсов напряжения до нескольких мегавольт и может быть использовано в составе электрофизических установок, в частности в мощных импульсных ускорителях электронов прямого действия. Достигаемый технический результат - повышение надежности синхронного срабатывания модулей при их параллельной работе. Способ синхронизации многомодульного генератора импульсов напряжения включает высоковольтный запуск разрядников, подачу давления в разрядники, использование управляемых разрядников, при этом часть разрядников являются управляемыми и в разрядниках каждого модуля используется индивидуальное давление. 5 ил.

Формула изобретения RU 2 501 158 C1

Способ синхронизации многомодульного генератора импульсов напряжения, включающий высоковольтный запуск разрядников, подачу давления в разрядники, использование управляемых разрядников, отличающийся тем, что часть разрядников является управляемой, при этом в разрядниках каждого модуля используется индивидуальное давление.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2013 года RU2501158C1

ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ НАПРЯЖЕНИЯ 2009
  • Татур Валерий Владимирович
  • Мутницкий Николай Григорьевич
RU2422983C2
ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСНОГО НАПРЯЖЕНИЯ 2006
  • Куропаткин Юрий Петрович
  • Зенков Дмитрий Иванович
  • Ткачук Анатолий Александрович
  • Шамро Олег Алексеевич
  • Нижегородцев Владимир Иванович
RU2317637C1
ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ (ВАРИАНТЫ) 2009
  • Габлия Юрий Александрович
  • Ладягин Юрий Олегович
  • Сорокин Олег Валерьевич
RU2410835C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ УЛЬТРАКОРОТКОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТИ 2001
  • Мешковский И.К.
  • Дюблов А.А.
  • Лекомцев В.А.
  • Павлишин И.В.
RU2199818C2
US 20060192499 A1, 31.08.2006.

RU 2 501 158 C1

Авторы

Протас Роман Викторович

Даты

2013-12-10Публикация

2012-07-31Подача