ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСНОГО ТОКА Советский патент 1973 года по МПК H01B7/00 H03B5/18 H03K4/00 

Изобретение относится к электрофизике и может найти применение, например, при создании установок для получения сверхсильнььх магнитных полей в одновитковых соленоидах.

Известен способ получения быстронарас: тающего тока, по которому осуществляют разряд конденсаторной батареи па нагрузку, при этом скорость нарастания тока тем выше, чем меньще индуктивпость цепи разряда, включающая в себя нагрузку, батарею и соединительные шины. В ряде случаев индуктивпость нагрузки весьма мала, например, индуктивность соленоида, предназначенного для полу.чеиия сверхсильпого поля в малом объеме составляет доли паногенри. При этом линейные размеры участка, на котором ток «подтекает к нагрузке, также малы; для упомянутых соленоидов длина рабочей области составляет доли сантиметра. Этим обусловлены высокие требования к собственной индуктивности генератора, осебенно к индуктивности токоведущих шин.

Наиболее удобной и широко распространенной конструкцией соединения нагрузки с батареей являются параллельные листы (шины), разделенные слоем изоляции. Во всех выполненных до сих пор генераторах толщина изоляции oniH выбиралась постоянной по всей площади шин из условия ее электрической

прочности при колебательном разряде с амплитудой напряжения, равной начальному напряжению батареи (с учетом возможных перенапряжений). Ток в генераторе «стекается к нагрузке от конденсаторов, обычно присоединяемых непосредственно или через кабели к краю шин на участке большой длины.

В генераторе с постоянной толщиной изоляции шин невозможно обеспечить малоиидуктивное присоединение нагрузки малых размеров из-за сгущения тока вблизи нагрузки. Нанример, в частном случае круглых шин радиуса R, в которых иагрузка присоединена в

центре па участке радиуса Го, индуктивность нри резком скин-эффекте, характерном для таких установок,составляет

р Zui 2i ,

где h - толщина изоляции в сантиметрах. Если /гл;1 см, что соответствует напряжению около 100 KB, то при RlrQx Q Ln,9 нгн. Это недопустимо больщая величина как по сравнению с индуктивностью нагрузки, достигающей долей наногепри, так и по сравнению с индуктивностью батареи, которая, благодаря использованию твердотельных разрядников, может быть снижена также до долей наногенри.

Целью изобретения является увеличение крутизны фронта имнульса на выходе генератора.

Для этого токоведущие шины вынолнены с переменным но длине изоляционным зазором, нанример так, чтобы в направлении от источника к нагрузке величина средней нанряженности электрического ноля во всем межэлектродном зазоре была постоянна. Закон изменения зазора выбирают таким образом, чтобы обеспечить постоянство среднего градиента вихревого электрического ноля но всей площади шин, т. е. чтобы не нарушились условия, определяющие электрическую прочность изоляции.

В частном случае круглых шин возможным законом изменения толщины изоляции является

k

)f-

h h, + (h,-h

)

где /ii - толщина изоляции у края щин (см), а АО - толщина изоляции вблизи нагрузки, причем

/.H«fti

(LH - индуктивность нагрузки в нгн). Расчет показывает, что напряжение между круглыми шинами при выбранной зависимости изменяется пропорционально h (нри ).

При этом сохраняется постоянной средняя напряженность электрического поля

f/r f/i.

h.

ft.

(где Ui - напряжение на краю шин), так что обеспечивается электрическая прочность изоляции на всей плоскости шин.

Индуктивность определяется соотношением

ш - -г . к

Индуктивность тин генератора, выполненного согласно предложенной конструкции, в несколько раз (в рассмотренном примере при и - в 4,6 раза) меньше индуктивности шин с постоянной толщиной изоляции.

Существенно, что в предложенном генераторе индуктивность шин не зависит от величины Го, если го-С, т. е. увеличение индуктивности

за счет эффекта стекания тока к нагрузке малых размеров не играет роли.

Изобретение может быть использовано и при другой геометрии шин, например в случае секторных (в частности нолукруглых), прямоугольных и других, к краю которых малоиндуктивная нагрузка нодключается на коротком участке. Изобретение пояснено чертежами.

На фиг. 1 приведена схема генератора; на фиг. 2 - полукруглая шина; на фиг. 3 - схема генератора, у которого профилирован зазор между шинами лишь на участке, прилегающем к нагрузке.

Генератор содержит полукруглые шины 1, к краю которых на участке 2, имеющем форму полуокружности радиуса R, по стрелкам присоединена конденсаторная батарея 3. Нагрузка присоединена на участке 4 длиной

д R. Толщина изоляции 5 уменьщается от края шин к нагрузке. При включении батареи 3 ток в цепи нарастает вначале по линейному закону, при этом скорость его нарастания может достичь величины порядка а/сек

благодаря малой индуктивности шин генератора. Поскольку основной вклад в величину индуктивиости шин вносят участки, непосредственно прилегающие к нагрузке, в ряде случаев достаточно выполнить профилированный

зазор между щинами не на всей их плоскости, а лишь на участках, прилегающих к нагрузке. Пример такой конструкции щин приведен на фиг. 3. В этом случае участок щин 6 вблизи края на участке 2 имеет постоянную толщину изоляции и лищь на участке 7 изоляционный зазор уменьшается в направлении к нагрузке.

Предмет изобретения

Генератор импульсного тока, содержащий конденсаторную батарею, коммутаторы, токоведущие шины, соединяюшие батарею с низкоиндуктивной нагрузкой, отличающийся тем,

что, с целью увеличения крутизны фронта импульса на выходе генератора, токоведущие щины вынолнены с переменным по длине изоляционным зазором, например так, чтобы в направлении от источника к нагрузке величина средней напряженности электрического поля во всем межэлектродном зазоре была постоянна.

/кнагруз-кс

К Т

/Л нагрузка

5 7 ф,.

- К нагрузке