ГЕНЕРАТОР ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ИМПУЛЬСОВ Советский патент 1968 года по МПК H03K3/53 

Известны генераторы высоковольтных импульсов, в которых в первой ступени включен управляемый разрядник.

Предложенный генератор отличается тем, что в контур первого каскада параллельно одному из разделительных элементов включена последовательная цепь, состоящая из пускового конденсатора и управляемого коммутирующего элемента, параллельно которому через токопроводящий разделительный элемент включен источник питания высокого напряжения.

Благодаря этому уменьшаются влияния колебаний питающего напряжения на работу генератора.

Последовательная цепь подключена к разделительному элементу через обостряющий разрядник.

Это позволяет снизить напряжение источника питания.

На чертеже приведена схема генератора с обостряющим разрядником в цепи запуска.

Генератор состоит из ряда накопительных конденсаторов 1, 2, 3, … , соединенных между собой при помощи токопроводящих элементов 4. В качестве последних могут быть использованы, например, сопротивления или индуктивности. Между разноименными выводами соседних конденсаторов включены искровые разрядники 5, 6, 7 … . Система накопительных конденсаторов подсоединена к источнику напряжения 8 через разделительный токопроводящий элемент 9. На выходе генератора имеется нагрузка 10.

Параллельно одному из разделительных элементов подсоединена цепь, состоящая из включенных последовательно конденсатора 11 и управляемого коммутирующего устройства 12. Параллельно устройству 12 через токопроводящий разделительный элемент 13 подключен источник питания 14. В качестве управляемого коммутирующего устройства может быть использован тиратрон, игнитрон, управляемый разрядник, радиолампа, реле. Управляющий элемент устройства 12 связан с запускающим устройством 15. Конструкция запускающего устройства определяется типом выбранного устройства 12.

Особенность предложенной схемы заключается в том, что цепь, состоящая из включенных последовательно пускового конденсатора 11, устройства 12 и разделительного токопроводящего элемента 16, подключена к элементу 4 через обостряющий искровой разрядник 17.

В схеме имеются конденсаторы 18, 19 и 20, 21, а также конденсаторы между электродами искровых разрядников 6, 7 … (на чертеже не показаны).

Генератор работает следующим образом.

Накопительные конденсаторы 1, 2, 3 … заряжаются от источника 8 через токопроводящие разделительные элементы 4 и 9 до заданного значения рабочего напряжения. Расстояние между электродами искровых разрядников 5, 6, 7 ... установлено так, чтобы обеспечить необходимый запас электрической прочности. Одновременно конденсатор 11 заряжается от источника 14 через токопроводящие разделительные элементы 4, 13 и 16. После окончания процесса заряда в заданный момент времени срабатывает запускающее устройство 15, вызывая тем самым включение управляемого устройства 12. При этом начинается процесс разрядки конденсатора 11 через элемент 4, и на последнем возникает импульс напряжения. Полярность этого напряжения по отношению к земле может быть как положительной, так и отрицательной. Важное значение имеет только ее соотношение с полярностью источника 8.

Рассмотрим случай, когда полярность напряжения на элементе 4 по отношению к земле противоположна полярности источника 8. При появлении напряжения на элементе 4 напряженность поля в зазоре разрядника 5 уменьшается, поскольку указанное выше напряжение и напряжение на конденсаторе 1 направлены встречно. Напряженность поля в зазоре разрядника 6 увеличивается, так как напряжения на элементе 4 и конденсаторе 2 складываются. Вследствие этого при достаточно большой амплитуде напряжений может произойти пробой разрядника 6. Амплитуда напряжения, при которой произойдет пробой разрядника, может быть уменьшена, если емкость между его электродами существенно меньше суммы емкостей конденсаторов 18 и 20.

После пробоя разрядника 6 аналогичный процесс происходит с разрядником 7 и так далее до . В процессе пробоя напряжение, прикладываемое к каждому последующему разряднику, при прочих равных условиях, с одной стороны увеличивается, вследствие последовательного соединения конденсаторов, а с другой - уменьшается из-за расхода энергии на пробой промежутков разрядников и зарядку конденсаторов. В том случае, когда можно пренебречь этими потерями по сравнению с запасом энергии в конденсаторах, а также при достаточно больших величинах напряжений на конденсаторах, происходит пробой всех искровых промежутков генератора. Таким образом схема позволяет осуществить управление работой генератора в широком диапазоне напряжений без регулировки зазоров между электродами разрядников.

Если полярность импульса напряжения, возникающего на элементе 4 после срабатывания устройства 12, по отношению к земле совпадает с полярностью источника 8, происходит увеличение напряженности поля в зазоре разрядника 5, и он пробивается. Срабатывание остальных разрядников и всего генератора в целом происходит тогда, когда сумма напряженности на конденсаторах 1 и 2 с учетом потерь и деления напряжения на емкости электродов разрядника 6 и сумма емкостей 18 и 20 больше электрической прочности разрядника 6. Отсюда следует, что в этом случае диапазон рабочих напряжений, в котором будут происходить управляемые срабатывания генератора несколько уже, чем в предыдущем случае.

Когда напряжение на конденсаторах 1, 2 и 3 существенно меньше электрической прочности отдельного искрового разрядника, напряжение не оказывает существенного влияния на процесс развития разряда. Поэтому для осуществления пробоя всех искровых разрядников генератора необходимо увеличить электрическую прочность первого искрового промежутка по отношению к остальным, а амплитуду запускающего импульса выбрать несколько больше электрической прочности этих промежутков. В данном случае после срабатывания коммутатора 12 напряженность поля в искровом промежутке 5 будет меньше, а следовательно, и процесс его пробоя развивается медленнее, чем в остальных искровых промежутках. При этом управляемые срабатывания генератора могут быть получены даже при значительном запасе электрической прочности искровых разрядников по сравнению с величиной напряжения на конденсаторах.

Использование в схеме обостряющего разрядника 17 позволяет получить на элементе 4 импульс с более крутым фронтом. В результате уменьшаются потери энергии в схеме, и пробой искровых разрядников 6 и 7 осуществляется при меньшем напряжении источника 14.

1. Генератор высоковольтных импульсов, состоящий из нескольких каскадов, содержащих искровые разрядники и накопительные конденсаторы, соединенные через разделительные элементы, например активные или реактивные сопротивления, и имеющий управляемый разрядник в контуре первого каскада, отличающийся тем, что, с целью уменьшения влияния колебаний питающего напряжения на работу генератора, в контур первого каскада параллельно одному из разделительных элементов включена последовательная цепь, состоящая из пускового конденсатора и управляемого коммутирующего элемента, параллельно которому через разделительный элемент включен источник питания высокого напряжения.

2. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью уменьшения напряжения источника питания, указанная последовательная цепь подключена к разделительному элементу первого каскада через обостряющий разрядник.