СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ИМПУЛЬСОВ Российский патент 2015 года по МПК H03K3/55 H01J17/58 

Способ стабилизации параметров высоковольтных импульсов

Изобретение относится к газоразрядной технике, в частности к генераторам высоковольтных импульсов с газоразрядным коммутатором тока и индуктивным накопителем энергии, и может быть использовано при создании генераторов высоковольтных импульсов со стабильными параметрами.

Известны генераторы высоковольтных импульсов на основе емкостного накопителя энергии [1]. В них формирование высоковольтного импульса напряжения осуществляется в момент подключения накопителя энергии (замыкания тока) к нагрузке. Напряжение на нагрузке равно напряжению накопителя.

Недостатком таких генераторов является наличие высоковольтных источников питания, что делает их громоздкими.

Известны генераторы высоковольтных импульсов на основе индуктивного накопителя энергии [1]. В них формирование высоковольтного импульса напряжения осуществляется в момент отключения накопителя энергии (размыкания тока) от источника питания. Напряжение на нагрузке определяется ЭДС самоиндукции. Для генераторов с индуктивным накопителем энергии требуются надежные размыкатели тока. Известны различные размыкатели тока: взрывающиеся проводники [1], полупроводниковые [2], газоразрядные, и др.

Недостатками этих генераторов являются: генераторы на основе индуктивного накопителя энергии с взрывающимися проводниками малогабаритны, но имеют одноразовый размыкатель тока и не надежны в работе; генераторы на основе индуктивного накопителя энергии с полупроводниковыми размыкателями требуют для своей работы применения генератора с емкостным накопителем энергии, что увеличивает их габариты.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ формирования высоковольтных импульсов, основанный на эффекте самопроизвольного обрыва тока в тиратроне, включенного в качестве коммутатора в индуктивном накопителе энергии [3, 4]. Момент выключения определяется зарядом, переносимым через сетку во время работы коммутатора. Известно, что при заданной геометрии сеточного узла и фиксированном давлении газа в тиратроне, заряд, пересекающий поверхность сетки до момента обрыва, величина - постоянная и линейно зависит от давления водорода в приборе [5]. Параметры генерируемых импульсов определяются амплитудой тока в момент обрыва и длительностью его протекания через коммутатор.

Недостатком этого способа является следующее: во время работы газоразрядного коммутатора тока происходит его разогрев, что приводит к изменению давления водорода в приборе и, соответственно, дестабилизации параметров генерируемых импульсов: амплитуды тока, амплитуды напряжения на нагрузке и длительности переднего фронта импульса напряжения.

Основным техническим результатом предлагаемого изобретения является стабилизация параметров генерируемых импульсов: амплитуды тока, амплитуды напряжения на нагрузке и длительности переднего фронта импульса напряжения.

Сущность изобретения проиллюстрирована на:

Фиг. 1. Зависимости температуры фланцев электродов от времени работы коммутатора при потребляемой от источника мощности 530 Вт: 1 - фланец анода; 2 - фланец сетки; 3 - фланец катода;

Фиг. 2. Осциллограммы тока через прибор при различных температурах сеточного узла. 1 - 205°C, 2 - 278°C, t_пр - время протекания тока через прибор;

Фиг. 3. Изменение напряжения на водородном генераторе, необходимое для постоянства времени обрыва тока и его амплитуды в процессе разогрева коммутатора, при различной мощности, потребляемой от источника (× - 530 Вт, • - 260 Вт);

Фиг. 4. Схема введения обратной связи по напряжению накала водородного генератора. V - газоразрядный прерыватель тока, СУ - схема управления, ДКТ - датчик контроля температуры, У - усилитель, р.н. - регулятор напряжения.

Технический результат достигается введением отрицательной обратной связи по температуре фланца катода газоразрядного коммутатора тока на напряжение накала водородного генератора.

Исследования проводились с использованием тиратрона ТГИ2 500/20. Было установлено, что в процессе работы коммутатора происходит его разогрев (Фиг. 1). При увеличении температуры растет давление водорода в объеме прибора, что вызывает увеличение заряда, необходимого для обрыва тока, переносимого через сеточный узел. Величина заряда увеличивается пропорционально росту температуры. По этой причине обрыв тока возникает при большей его амплитуде и длительности протекания (Фиг. 2), что приводит к дестабилизации параметров генерируемых импульсов.

Экспериментально установлено, что для поддержания заряда, необходимого для обрыва тока, постоянным при увеличении температуры следует снижать напряжение накала водородного генератора (Фиг. 3).

Согласно полученным результатам, температура фланца сеточного узла и температура фланца катода изменяются по одинаковому закону (кривые 2 и 3 Фиг. 1). В связи с тем, что контролировать изменение температуры фланца катода проще, так как он заземлен, регулировать напряжение на водородном генераторе возможно согласно изменению температуры фланца катода.

Схема, поясняющая сущность предлагаемого способа стабилизации параметров высоковольтных импульсов, изображена на Фиг. 4. Датчик контроля температуры крепится к фланцу катода. Сигнал с него поступает на усилитель, а затем на регулятор напряжения, который устанавливает на электродах водородного генератора напряжение, которое поддерживает заряд, необходимый для обрыва тока, постоянным.

Источники информации

1. Месяц Г.А. Импульсная энергетика и электроника. - М.: Наука, 2004.

2. Рукин С.Н. ПТЭ, 1999 г., 4, с. 5.

3. Патент №2210180 C2, кл. H03K 3/53.

4. Верещагин Н.М., Круглов С.А. ПТЭ, 2002 г., 4, с. 82.

5. Круглов С.А. Диссертация, Рязань, РГРТА, 2002 г., с. 76.

Изобретение относится к газоразрядной технике, в частности к схемам генераторов высоковольтных импульсов с газоразрядным коммутатором тока и индуктивным накопителем энергии, и может быть использовано при создании генераторов высоковольтных импульсов со стабильными параметрами. Технический результат - стабилизация параметров генерируемых импульсов: амплитуды тока, амплитуды напряжения на нагрузке и длительности переднего фронта импульса напряжения. Предлагаемое изобретение отличается тем, что в схеме включения газоразрядного коммутирующего прибора, содержащей индуктивный накопитель энергии, газоразрядный прерыватель тока, схему управления, датчик контроля температуры, усилитель и регулятор напряжения, введена отрицательная обратная связь по напряжению накала водородного генератора газоразрядного коммутирующего прибора. 4 ил.

Способ стабилизации параметров высоковольтных импульсов напряжения, заключающийся в подаче с конденсатора, подключенного к источнику питания, через накопительную индуктивность, параллельно которой подключена нагрузка, на анод газоразрядного коммутатора тока положительного напряжения и импульса положительной полярности на управляющую сетку, отличающийся тем, что давление газа в газоразрядном коммутаторе тока устанавливается путем подачи напряжения на водородный генератор от регулятора напряжения, управляемого усиленным сигналом отрицательной обратной связи с датчика, контролирующего температуру фланца катода.