Генератор импульсов высокого напряжения с дистанционным управлением параметрами Российский патент 2018 года по МПК H03K3/53 

Изобретение относится к области импульсной техники, а именно к многоступенчатым генераторам высоковольтных импульсов, выполненных по каскадной схеме умножения напряжения Аркадьева-Маркса. Генератор может использоваться в качестве источника высоковольтных импульсов в электрофизических установках и как самостоятельный источник, формирующий заданные параметры высоковольтных импульсов в различных объектах при выполнении исследовательских и испытательных работ, когда по условиям рабочей программы или методики требуется оперативная перенастройка (подстройка) параметров формируемых высоковольтных импульсов.

Известен генератор импульсного напряжения [1], который содержит корпус с диэлектрической средой, в котором расположены конденсаторы, разрядники и резисторы, соединенные по каскадной схеме умножения напряжения Аркадьева-Маркса, при этом элементы генератора расположены в трех параллельных друг другу осях. Конденсаторы собраны в два пакета, а разрядники собраны в другой пакет, расположенный над пакетом конденсаторов. Каждый предыдущий конденсатор в пакете расположен через зазор с каждым последующим. Первый пакет конденсаторов установлен со смещением по отношению ко второму пакету конденсаторов. Каждые соседние разрядники соединены с конденсаторами из разных пакетов. В пакете разрядников выполнен сплошной осевой канал, заполненный рабочей средой из смеси элегаза и азота, а, по меньшей мере два разрядника в пакете выполнены с управляющими электродами. К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что в известном устройстве отсутствует практическая возможность оперативно изменять выходную мощность за счет увеличения или уменьшения количества конденсаторов в пакетах, отсутствует возможность дистанционной регулировки таких параметров, как величина разрядных промежутков и давление рабочей среды в разрядных промежутках, значения которых влияют на параметры формируемого генератором импульса.

Сущность изобретения заключается в создании генератора импульсов высокого напряжения с дистанционным управлением параметрами, конструкция которого позволяет:

- оперативно изменять выходную мощность (мощность в «ударе»);

- дистанционно управлять величиной зазоров между электродами в разрядных промежутках;

- дистанционно управлять давлением (плотностью) и продувкой рабочей среды (элегаз или азот), куда помещены электроды;

- дистанционно управлять режимом зарядки емкостных ступеней;

Техническим результатом при решении данной задачи является формирование генератором импульсного напряжения заданных (расчетных, прогнозируемых и.т.д.) параметров импульса за счет установки требуемого количества конденсаторов в емкостные магазины и путем одновременного дистанционного управления величиной зазоров в разрядных промежутках и давлением элегаза или азота (рабочая среда куда помещаются эти промежутки).

Такое решение обеспечивается генератором импульсов высокого напряжения с дистанционным управлением параметрами, в котором по сравнению с прототипом, содержащим корпус, в котором расположены конденсаторы, резисторы и разрядники, соединенные по каскадной схеме умножения напряжения Аркадьева-Маркса, конденсаторы и разрядники собраны в разные пакеты, пакет разрядников выполнен с общей рабочей средой из смеси элегаза и азота и образованием сплошного осевого канала между электродами, элементы генератора закреплены на диэлектрическом основании новым в заявленном генераторе импульсов высокого напряжения с дистанционной регулировкой параметров является то, корпус выполнен в виде несущей конструкции на которой установлены соединенные параллельно шинами конденсаторы цилиндрического типа, образующие n емкостных магазинов по k конденсаторов в каждом магазине, являющихся емкостными ступенями генератора, под магазинами конденсаторов в корпусе выполнена герметичная камера с рабочей средой, куда помещен пакет разрядников со сплошным осевым каналом, при этом пакет разрядников состоит из кинематической пары - направляющая с ползуном, диэлектрических держателей и электродов, кроме того, направляющая с ползуном выполнены из диэлектрического материала, диэлектрические держатели в количестве 2×(n-1) жестко закреплены к поверхностям направляющей и ползуна, держатели, закрепленные на ползуне выполнены подвижными относительно корпуса, а держатели, закрепленные на направляющей - неподвижными относительно корпуса, сама направляющая жестко закреплена в герметичной камере, электроды выполнены со сквозным продольным отверстием и закреплены в подвижных и неподвижных держателях и образуют n-1 разрядных одновременно регулируемых промежутков, в стенках корпуса, в сквозных отверстиях, в боковых зонах герметичной камеры жестко с герметизацией перпендикулярно электродам установлены контактные шпильки, которые электрически соединены с электродами, причем соединение с электродами, находящихся в подвижных держателях выполнено через гибкие шины, снаружи корпуса, контактные шпильки шинами соединены с емкостными магазинами, при этом шины, соединяющие контактные шпильки с емкостными магазинами, и шины, соединяющие выводные электроды конденсаторов в емкостных магазинах, выполнены из фольгированного листового диэлектрика с продольными токопроводящими дорожками, кроме того, по наружным краям одной из стенок корпуса установлены два клапана, управляемые воздухом и соединенные с герметичной камерой, кроме того, на диэлектрическом основании корпуса закреплены два рабочих гидроцилиндра с перпендикулярным расположением в горизонтальной плоскости продольных непересекающихся осей, один из которых тяговый двустороннего действия, а другой тормозной одностороннего действия, шток тягового гидроцилиндра через соединительную втулку тягой соединен с ползуном, при этом герметизация герметичной камеры обеспечивается кинематическим сильфоном, под соединительной втулкой на диэлектрическом основании жестко закреплен держатель тормозной пружины, выполненный в виде детали с вертикальной и горизонтальной полками, сама тормозная пружина имеет кольцевую форму и охватывает соединительную втулку по диаметру, на концах тормозной пружины оформлены петлевые зацепы, один петлевой зацеп кольцевой пружины жестко закреплен на конце штока тормозного гидроцилиндра, второй зацеп кольцевой пружины жестко закреплен на втулке, которая в свою очередь, жестко закреплена в отверстии вертикальной полки держателя, при этом шток тормозного цилиндра имеет возможность свободно перемещаться внутри втулки, закрепленной в отверстии вертикальной полки держателя.

При исследовании отличительных признаков описываемого генератора импульсов высокого напряжения с дистанционным управлением параметрами не выявлено каких-либо аналогичных известных решений, касающихся дистанционного управления, позволяющего производить операции по настройке параметров генератора, с целью получения импульсов высокого напряжения с различными параметрами, например, при установке генератора на (в) исследуемые или испытываемые объекты, когда условия доступа к генератору могут быть ограничены, или когда программы исследований или испытаний требуют оперативную переналадку параметров генератора.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволили установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного 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 изобретения. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата. В частности, заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования:

- дополнение известного средства какой-либо известной частью, присоединяемой к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такого дополнения;

- замена какой-либо части известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;

- увеличение количества однотипных элементов действий, для усиления технического результата, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов действий;

- выполнение известного средства или его части из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами этого материала;

- создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, рекомендаций, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого средства и связей между ними.

Описываемое изобретение не основано на изменении количественного признака, представлении таких признаков во взаимосвязи, либо изменении ее вида.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

Перечень фигур.

На чертежах представлено

1) Пример осуществления изобретения «Генератор импульсов высокого напряжения с дистанционным управлением параметрами».

2) Конструкция корпуса генератора.

3) Конструкция пакета разрядников.

4) Конструкция электрода, конструкция соединительной шины.

5) Привод регулировки разрядных промежутков.

6) Конструкция тормоза.

7) Гидравлические схемы управлением гидроцилиндрами.

8) Пневматическая схема управления клапанами.

9) Принцип дистанционного управления параметрами генератора.

10) Этап определения методом оптимизации значений р и d.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем.

На фиг. 1 изображен пример осуществления изобретения «Генератор импульсов высокого напряжения с дистанционным управлением параметрами». Генератор устроен следующим образом. На корпусе (1), выполненном в виде несущей конструкции из диэлектрического листового материала, например, из стеклотекстолита смонтированы: конденсаторы (2) цилиндрического типа, собранные в 8 магазинов по 4 конденсатора в каждом магазине и образующие 8 емкостных ступеней; зарядные сопротивления (3); соединительные шины (4) емкостных ступеней с разрядниками; соединительные шины (5) конденсаторов (2) в магазинах; управляемые воздухом два воздушных клапана (6); элементы гидростатической объемной передачи - рабочий тяговый гидравлический цилиндр двустороннего действия (7) и тормоз (8). Авторы не поясняют принцип работы генератора, так как, он известен из уровня техники, ниже будет описан принцип дистанционного управления такими параметрами, как межэлектродный зазор (искровой промежуток) и давление газа в искровом промежутке.

На фиг. 2 изображена конструкция корпуса генератора. Корпус генератора является несущим и состоит из неразборной части и присоединяемых деталей и выполнен из листового диэлектрического материала. Неразборная часть выполнена из двух прямоугольных стенок (9) и (10), в верхней части которых имеются вертикальные и горизонтальные сквозные по толщине материала технологические пазы (11) в которые устанавливаются с опиранием на выводные электроды соединенные параллельно шинами (5) конденсаторы (2) (фиг. 1), на внутренних сторонах стенок (9) и (10) выполнены несквозные пазы (12), куда вклеены одна горизонтальная перегородка (13), две торцевые перегородки (14), (15) и нижний прямоугольный фланец (16) с прямоугольным отверстием (17). К неразборной части, а именно к нижнему прямоугольному фланцу (16) путем герметичного закрытия прямоугольного отверстия (17) через прокладку (18) прижимается прямоугольная съемная крышка (19), прижатие которой осуществляется торцевыми частями прижимных болтов (20) (всего 34), для создания упора в нижних частях стенок (9) и (10) выполнены сквозные пазы (21) (всего 17), куда установлены съемные упорные бруски (22), в которых имеются по два резьбовых отверстия для ввертывания прижимных болтов (20), для установки электрических соединений в стенках (9), (10) выполнены сквозные отверстия (23) (всего по 7 в каждой стенке), в стенке (9) дополнительно выполнено по 2 сквозных отверстия (24) для установки воздушных клапанов (6) (фиг. 1), в пазы (25) жестко с возможностью разборки установлено диэлектрическое основание (26) на котором крепятся тяговый гидроцилиндр (7) и тормоз (8) (фиг. 1), в торцевой перегородке (15) выполнено технологическое отверстие (27) (назначение которого будет описано ниже). Особенностью конструкции является то, что внутренняя поверхность несущих стенок (9) и (10), ограниченная горизонтальной перегородкой (13) и нижним прямоугольным фланцем (16), внутренняя поверхность горизонтальной перегородки (13), внутренние поверхности торцевых перегородок (14) и (15) и внутренняя поверхность прямоугольной крышки (19), закрывающей через прокладку (18) отверстие (17) фланца (16), образуют герметичную камеру.

На фиг. 3 изображена конструкция пакета разрядников. Пакет разрядников состоит из кинематической пары - призматическая направляющая (28) с ползуном (29) (вид А), изготовленных из диэлектрического материала и к поверхностям которых жестко закреплены диэлектрические держатели (30) и (31) (по 7 шт.), крепление держателей (31) к призматической направляющей выполнено с возможностью свободно перемещаться ползуну, особенность конструкции пакета разрядников в том, что держатели (30), закрепленные на ползуне (29) являются подвижными относительно корпуса, а держатели (31), закрепленные на призматической направляющей (28) - неподвижными относительно корпуса, призматическая направляющая (28) тыльной стороной жестко закреплена к внутренней поверхности горизонтальной перегородки (13) (фиг. 2), в подвижных и неподвижных держателях закреплены металлические электроды (32), которые образуют 7 одновременно регулируемых разрядных промежутков, электроды (32), закрепленные на подвижных держателях (30), закреплены дополнительно винтом (33), выполненном из диэлектрического материала, с возможностью перемещения вдоль продольной оси пакета, электроды (32), закрепленные на неподвижных держателях (31) закреплены жестко без возможности перемещения и электрически соединены с контактными шпильками (34), электроды (32), закрепленные на подвижных держателях (30), электрически соединены с гибкими шинами (35) (7 шт.) и контактными шпильками (36) (7 шт.) (вид Б). Контактные шпильки (34) и (36) резьбовой частью через сквозные отверстия (23) стенок (9) и (10) (фиг. 2) с герметизацией выведены наружу.

На фиг. 4 изображены электрод (32) и соединительная шина (4) (соединительная шина (5) аналогична по конструкции шине (4), только имеет другой линейный размер). Электрод (32) имеет продольное сквозное отверстие (37) и полукруглую головку (38). При сборке пакета разрядников (фиг. 3) сквозные отверстия (37) располагают на одной оси, что обеспечивает влияние разрядного процесса первого разрядного промежутка на остальные разрядные промежутки. Соединительная шина выполнена по технологии изготовления дорожек печатных плат, на диэлектрической подложке вытравлены токопроводящие дорожки, наличие, которых снижает индуктивность в сравнении, если бы шина имела сплошную проводящую полосу.

На фиг. 5 изображен привод регулировки разрядных промежутков. На диэлектрическом основании (26) закреплены тяговый гидроцилиндр (7) двустороннего действия и тормоз (8) (фиг. 1), состоящий из тормозного гидроцилиндра (39) одностороннего действия с возвратной пружиной, соединительной втулки (40), держателя тормозной пружины (41) и тормозной пружины (42). Шток (43) тягового гидроцилиндра (7) через соединительную втулку (40) соединен посредством резьбы с тягой (44), от раскручивания втулка (40) удерживается контргайкой (45), находящейся на тяге (44), тяга (44) проходит через сквозное круглое отверстие (27) торцевой перегородки (15) (фиг. 2) и соединяется с ползуном (29) (фиг. 3). С наружной стороны торцевой перегородки (15) концентрично с круглым отверстием (27) (фиг. 2) жестко с герметизацией закреплен торец кинематического сильфона цилиндрического исполнения (46), второй конец которого жестко с герметизацией закреплен на тяге (44). Кинематический сильфон (46) герметизирует отверстие (27) торцевой перегородки (15). Соединительная втулка (40) имеет двойное назначение: первое - соединяет шток (43) тягового гидроцилиндра (7) с тягой (44) с возможностью регулировки длины тяги (44), второе - наружная поверхность втулки и внутренняя поверхность тормозной пружины (42) создают тормозное действие продольному перемещению штока (43). Регулировка зазоров производится следующим образом. Сначала устанавливается величина первоначального зазора во всех разрядных промежутках при снятой крышке (19) (фиг. 2). Для этого электроды (32), установленные на подвижных держателях (30) перемещают до соприкосновения с электродами, закрепленными в неподвижных держателях (31) и фиксируют винтом (ми) (33), далее вращением тяги (44) по резьбе соединительной втулки (40) устанавливают первоначальный требуемый зазор d₀ между электродами и фиксируют контргайкой (45). После герметизации и закачки газа регулировка зазора производится тяговым гидроцилиндром (7).

На фиг. 6 представлена конструкция тормоза (8). Держатель тормозной пружины (41) выполнен в виде детали с двумя полками - горизонтальной (более массивной и которой закрепляется к диэлектрическому основанию (26) (фиг. 5)) и вертикальной, на вертикальной полке в сквозном отверстии жестко закреплена втулка (47), при этом шток (48) гидроцилиндра (39) свободно перемещается внутри втулки (47), тормозная пружина (42) имеет кольцевую форму и охватывает в заторможенном состоянии соединительную втулку (40) по диаметру, на концах тормозной пружины (42) оформлены петлевые зацепы (49) и (50), один петлевой зацеп (49) тормозной пружины (42) жестко закреплен на конце штока (48) гидроцилиндра (39), второй зацеп (50) тормозной пружины (42) жестко закреплен на втулке (47). Сжатие или разжатие тормозной пружины (42) вокруг втулки (40) производится дистанционно путем перемещения штока (48) гидроцилиндра (39). Назначение тормоза - фиксация установленного размера разрядных промежутков.

На фиг. 7 изображены две гидравлические схемы управлением гидроцилиндрами (7) и (39). Управление гидроцилиндрами производится двумя независимыми контурами. Изображенные элементы (кроме гидроцилиндров (7) и (39)) гидропривода не являются предметами изобретения, на изобретательский уровень не претендуют и представлены для пояснения принципа управления гидроцилиндрами. В основу гидропривода заложен принцип действия объемного гидростатического привода, основанного на практической несжимаемости рабочей жидкости (высоком модуле объемного сжатия рабочей жидкости), использовании закона Паскаля и уравнения Бернулли [2].

Первая схема поясняет принцип управления тяговым гидроцилиндром (7). Перемещение штока (43) (влево или вправо) осуществляется за счет давления, создаваемого насосом (51) с ручным управлением, это давление передается во все точки рабочей жидкости - через обратный клапан (52), двухпозиционный гидрораспределитель с ручным управлением (53), по рабочей линии Т1 (54) на левое основание поршня (55) и создает силу, перемещающую шток (43), который, в свою очередь, через тягу (44) перемещает ползун (29) (фиг. 3). Рабочая жидкость, выталкиваемая правой стороной поршня (55), по рабочей линии Т2 (56), через гидро-распределитель (53) по сливной линии (57), через дроссель с обратным клапаном (58) попадает в гидро-бак (59), который имеет нижний забор рабочей жидкости, подпитка насоса (51) рабочей жидкостью осуществляется из гидро-бака (59) через обратный клапан (60). Смена направления перемещения штока (43) осуществляется переключением гидро-распределителя (53) во второе положение (на схеме направление переключением указано стрелкой). Обратные клапаны (52), (60) и дроссель с обратным клапаном (58) введены в схему, для поддержания замкнутости системы и плавного распространения волны давления рабочей жидкости в системе. Значения положений штока (43) (по этим положениям отслеживается величина устанавливаемого зазора в разрядных промежутках) контролируется путем измерения линейного перемещения деталей насоса (51) (например, привода поршня насоса) по индикатору линейного перемещения (калибровка индикатора производится перед герметизацией герметичной камеры).

Вторая схема поясняет принцип управления гидроцилиндром (39). Давление, создаваемое насосом с ручным управлением (61) в рабочей жидкости, через обратный клапан (62), через двухпозиционный гидро-распределитель с ручным управлением (63) по рабочей линии Т3 (64) передается на поршень (65), при этом шток (48) перемещается и разжимает тормозную пружину (42) (фиг. 6), а внутренняя пружина (66) сжимается. Снятие давления (соответственно тормозная пружина (42) сжимается вокруг втулки (40) (фиг. 6)) осуществляется переключением гидро-распределителя (63) во второе положение (на схеме по стрелке вниз), разжимаясь, пружина (66) давит на поршень (65) тот, в свою очередь, выталкивает рабочую жидкость через гидро-распределитель (63), через сливную линию (67) в гидро-бак (68). Забор рабочей жидкости производится из гидро-бака (68) через обратный клапан (69).

Линии T1, Т2 и Т3 представляют собой гибкие гидравлические шланги из нейлона, армированного пластиком.

На фиг. 8 представлена пневматическая схема управления воздушными клапанами (6) (фиг. 1). Изображенные элементы (кроме клапанов (6)) также не являются предметами изобретения, на изобретательский уровень не претендуют и представлены для пояснения принципа управления закачкой азота (или элегаза) в герметичную камеру (70) с установкой требуемого давления внутри камеры и продувкой камеры после определенного времени (или циклов) работы генератора (герметичная камера продувается азотом для очистки от вредных продуктов, образующихся после срабатывания разрядников). Оба клапана (6) соединены с внутренней полостью герметичной камеры (70) и управляются от одного источника сжатого воздуха (71) (открываются при наличии определенного давления на управляющих входах, при снижении давления - закрываются). Через левый клапан (6) производится закачка азота, а через правый клапан (6) продувка. От баллона с азотом (72) через открытый редукционный вентиль (73), через распределитель с ручным управлением (74), по линии Т4, через открытый левый клапан (6), азот закачивается в герметичную камеру, при этом правый клапан (6) закрыт, а распределитель (74) находится в первом положении, воздух на управляющий вход левого клапана (6) подается от источника сжатого воздуха (71) через редукционный вентиль (75), через распределитель (74) по линии Т5. Для продувки герметичной камеры, распределитель (74) переводится во второе положение, при котором оба клапана (6) открываются, регулируя редукционный вентиль (73), производится продувка камеры, управляющий воздух на правый клапан (6) подается по линии Т6. По окончании операций по закачке и продувке, вентили (73) и (75) закрываются. Линии Т4, Т5 и Т6 - гибкие пластиковые шланги, рассчитанные на высокое давление.

Фиг. 9 поясняется принцип дистанционного управления параметрами генератора. На пульте управления оператора расположены следующие блоки: блок дистанционного управления зарядкой емкостных ступеней генератора (76); блок (77) дистанционного управления гидроцилиндрами (7) и (39), состоящий из ручных насосов (51), (61) и гидро-распределителей (53), (63) (фиг. 7); блок (78) дистанционного управления пневмо-клапанами (6), состоящий из пневмо-распределителя (74) и редукционных вентилей (73), (75) (фиг. 8); блок регистрирующей аппаратуры (79). Зарядка емкостных ступеней генератора осуществляется автономным зарядным устройством (80), управляемым блоком (81), который получает команды по оптико-волоконной линии (82) от блока (76), электропитание блоков (80) и (81) производится аккумуляторной батареей (83). Регистрация, формируемых сигналов на объекте (нагрузке), производится блоком (79) куда входят осциллограф и другие необходимые приборы. Особенностью схемы управления генератором является исключение наводок и помех на измерительные цепи, за счет отсутствия электрических связей блоков (76), (77) и (78) пульта управления с генератором.

Перед «нагружением» объекта исследования (нагрузки) с блоков (77) и (78) производится установка требуемых зазоров в разрядных промежутках и необходимого давления в герметичной камере генератора, для установки зазоров сначала производится растормаживание привода регулировки, а после установки требуемых зазоров - затормаживание привода регулировки, с блока (76) по оптико-волоконной линии (82) передается команда на заряжание емкостных ступеней генератора до установленного напряжения (зазоры и давление можно регулировать и во время зарядки). Генератор может работать в двух режимах: на самопробое и в управляемом режиме. В управляемом режиме команда на пуск (срабатывание) генератора производится с блока (76), в режиме самопробоя с блока (76) подается команда на зарядку ступеней генератора.

В целом дистанционное управление параметрами генератора реализует известные зависимости выходных параметров от устанавливаемых значений - величины зазора в разрядном промежутке d и давления газа р:

1) зависимость разрядного напряжения U_p на электродах от произведения величины давления газа р в разрядном промежутке и значения длины разрядного промежутка d (закон Пашена) U_p=ƒ(p⋅d) [3, 4] (с учетом изменения температуры Т U_p=ƒ(p⋅d/T)). В виде формулы указанная зависимость выглядит так [3]:

где р - давление, Торр, (1 Торр = 760 мм рт.ст);

d - длина межэлектродного промежутка, см;

a, b и k - постоянные коэффициенты для данного газа;

k - безразмерный коэффициент,

а и b имеют следующую размерность: а - [см/кВ²], b - [кВ/см].

2) зависимость сопротивления канала искры Rи [Ом] от величины давления газа р в разрядном промежутке и значения длины разрядного промежутка d (формула Ромпе и Вайцеля) [5]:

где р - давление газа, Торр;

d - длина искрового промежутка, см;

i - ток, А;

а - константа характеризующая газ.

Из формул 1 и 2 в [5] были выведены следующие выражения:

где t_и - длительность импульса, с;

θ - постоянная времени искры в разрядном промежутке, с;

Rн - активное сопротивление нагрузки, Ом;

С₀ - емкость в «ударе», Ф.

где U₀² - зарядное напряжение на одной ступени, кВ.

В общем случае Up=U₀.

На основе вышеуказанных формул в программной среде Mathcad были разработаны варианты документов для определения текущих параметров генератора р и d перед проведением «нагружения» объекта исследования (нагрузки) при прогнозируемых (расчетных) параметрах генерируемого в нагрузке импульса U и t_и. Фрагмент документа Mathcad приведен на фиг. 10, где показан этап определения методом оптимизации значений р и d. Исходными данными являются активное сопротивление нагрузки Rн, емкость одной разрядной ступени Со, константа характеризующая газ а, разрядное напряжение одной ступени U₀ и длительность импульса t_и. Ограничениями являются величина разрядного напряжения U₀, которое по предварительным оценкам должно быть не менее 25 кВ и не больше 29 кВ (максимальное значение по паспарту конденсатора 30 кВ), длительность импульса t_и - менее 10^-4 с и значения р и d, которые должны быть отличными от 0. Найденное решение на данном этапе - р=1,1 Торр, d=0,87 см. Расчет велся с помощью встроенных в Mathcad функций «Given» и «Maximize».

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, расширяет существующий арсенал генераторов высоковольтных импульсов, собранных по каскадной схеме Аркадьева - Маркса и предназначено для проведения научно-исследовательских и испытательных работ в различных областях науки и техники, где используется техника высоких напряжений;

- для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью приведенного в заявке описания конструкции и принципа дистанционного управления параметрами генератора;

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата: формировать импульсы высокого напряжения с заданными (расчетными, прогнозируемыми и.т.д.) параметрами.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».

Источники информации

1. Куропаткин Ю.П., Зенков Д.И., Ткачук А.А., Шамро О.А., Нижегородцев В.И. «Генератор импульсного напряжения» патент на изобретение №2317637 МПК Н03К 3/53.

2. Троян Т.П. Гидравлика. Задачи и примеры расчетов по гидростатике и гидродинамике: Учебное пособие. - Омск: Изд-во СибАДИ, 2006. - 92 с.

3. Богатенков И.М., Бочаров Ю.Н., Гумерова Н.И., Титков В.В., Халилов Ф.Х., Янчус Э.И. Электроэнергетика. Изоляция и перенапряжения: Лабораторный практикум. - СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2012. - 124 с.

4. Яворский Б.М., Дятлаф А.А. Справочник по физике для инженеров и студентов вузов. - М.: Наука, 1974. - 944 с.

5. Пичугина М.Т. Высоковольтная электротехника: Учебное пособие. Томский политехнический университет. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. - 120 с.

Изобретение относится к области импульсной техники, а именно к многоступенчатым генераторам высоковольтных импульсов, выполненных по каскадной схеме умножения напряжения Аркадьева-Маркса. Технический результат заключается в формировании генератором импульсного напряжения заданных параметров импульса в нагрузке. Генератор может использоваться в качестве источника высоковольтных импульсов в электрофизических установках и как самостоятельный источник, формирующий заданные параметры высоковольтных импульсов в различных объектах при выполнении исследовательских и испытательных работ, когда по условиям рабочей программы или методики требуется оперативная перенастройка (подстройка) параметров формируемых высоковольтных импульсов. Сущность изобретения заключается в том, что у генератора, собранного по традиционной схеме Аркадьева - Маркса, дистанционно регулируются такие параметры, как межэлектродные зазоры разрядных промежутков и давление рабочей среды, куда помещены разрядные промежутки, кроме того, емкостные ступени генератора собраны в магазины, что позволяет оперативно менять выходную мощность или мощность в «ударе», в зависимости от заданной программы испытаний или исследований. 3 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Генератор импульсов высокого напряжения с дистанционным управлением параметрами, содержащий корпус, в котором расположены конденсаторы, резисторы и разрядники, соединенные по каскадной схеме умножения напряжения Аркадьева-Маркса, конденсаторы и разрядники собраны в разные пакеты, пакет разрядников выполнен с общей рабочей средой из смеси элегаза и азота и образованием сплошного осевого канала между электродами, элементы генератора закреплены на диэлектрическом основании, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде несущей конструкции, на которой установлены соединенные параллельно шинами конденсаторы цилиндрического типа, образующие n емкостных магазинов по k конденсаторов в каждом магазине, являющихся емкостными ступенями генератора, под магазинами конденсаторов в корпусе выполнена герметичная камера с рабочей средой, куда помещен пакет разрядников со сплошным осевым каналом, при этом пакет разрядников состоит из кинематической пары - направляющая с ползуном, диэлектрических держателей и электродов.

2. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что направляющая с ползуном выполнены из диэлектрического материала, диэлектрические держатели в количестве 2×(n-1) жестко закреплены к поверхностям направляющей и ползуна, держатели, закрепленные на ползуне выполнены подвижными относительно корпуса, а держатели, закрепленные на направляющей, - неподвижными относительно корпуса, сама направляющая жестко закреплена в герметичной камере, электроды выполнены со сквозным продольным отверстием и закреплены в подвижных и неподвижных держателях и образуют n-1 разрядных одновременно регулируемых промежутков, в стенках корпуса, в сквозных отверстиях, в боковых зонах герметичной камеры жестко с герметизацией перпендикулярно электродам установлены контактные шпильки, которые электрически соединены с электродами, причем соединение с электродами, находящимися в подвижных держателях, выполнено через гибкие шины, снаружи корпуса, контактные шпильки шинами соединены с емкостными магазинами, при этом шины, соединяющие контактные шпильки с емкостными магазинами, и шины, соединяющие выводные электроды конденсаторов в емкостных магазинах, выполнены из фольгированного листового диэлектрика с продольными токопроводящими дорожками.

3. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что по наружным краям одной из стенок корпуса установлены два клапана, управляемые воздухом и соединенные с герметичной камерой.

4. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что на диэлектрическом основании корпуса закреплены два рабочих гидроцилиндра с перпендикулярным расположением в горизонтальной плоскости продольных непересекающихся осей, один из которых тяговый двустороннего действия, а другой тормозной одностороннего действия, шток тягового гидроцилиндра через соединительную втулку тягой соединен с ползуном, при этом герметизация герметичной камеры обеспечивается кинематическим сильфоном, под соединительной втулкой на диэлектрическом основании жестко закреплен держатель тормозной пружины, выполненный в виде детали с вертикальной и горизонтальной полками, сама тормозная пружина имеет кольцевую форму и охватывает соединительную втулку по диаметру, на концах тормозной пружины оформлены петлевые зацепы, один петлевой зацеп кольцевой пружины жестко закреплен на конце штока тормозного гидроцилиндра, второй зацеп кольцевой пружины жестко закреплен на втулке, которая, в свою очередь, жестко закреплена в отверстии вертикальной полки держателя, при этом шток тормозного цилиндра имеет возможность свободно перемещаться внутри втулки, закрепленной в отверстии вертикальной полки держателя.