Многокаскадный генератор импульсных напряжений Советский патент 1974 года по МПК H03K3/53 

Изобретение относится к области высоковольтной импульсной техники. Известные многокаскадные генераторы импульсных напряжений, содержащие последовательную цепочку из п бифилярных разделительных дросселей, к входу которой подключены источник питания через общий коммутатор и защитный разрядник через резистор, индуктивные накопители, разрядники и нагрузку, имеют недостаточную импульсную мощность и низкую надежность. В целях повышения импульсной мощности и надежности в предлагаемом генераторе между выходными клеммами бифилярных дросселей включены п индуктивных накопителей, между разноименными концами которых включены разрядники, образующие совместно с индуктивными накопителями и нагрузкой последовательную цепь. На чертеже приведена принципиальная схема многокаскадного генератора импульсных напряжений. Генератор содержит п индуктивных накопителей 1, зарядные бифилярные дроссели 2, коммутатор 3, разрядники 4, защитный .разрядник 5 с резистором 6, источник питания 7 и нагрузку 8. Когда коммутатор замкнут и источник питания подключен к каскадно соединенным индуктивным накопителям, происходит накопление энергии в магнитном ноле индуктивных накопителей. Величииа токов по обмоткам п дросселей 2 определяется рядом /Н, 2/„, ...,(л- 1), /Н, л/, где /Н - ток накачки. Для эффективной работы генератора необходимо, чтобы основная доля накопленной энергии была сосредоточена в накопителях. . .(n + I)(2n + l) Ьц -бИфg где LII - индуктивность накопителя, - индуктивность бифилярного включения одного дросселя. Энергия, накопленная в магнитном поле индуктивных накопителей и в полях рассеяния зарядных дросселей, перебрасывается в нагрузку 8. Начало процесса формирования высоковольтного импульса на нагрузке совпадает но времени с размыканием коммутатора 3. Если коммутатор разрывает зарядную цепь мгновенно, то за счет перехода энергии магнитного поля в энергию электрического поля на входных зажимах 9 возникает падаюп1,ая волна напряжения Un, равная {У„ )/

где р - волновое сопротивление длинной линии, образованной бифилярными шинами обмоток дросселей, Соб - межобмоточная емкость дросселя. Волна t/n, распространяясь вдоль обмоток дросселей, образующих непрерывную линию, неизбежно вызывает пробой всех разрядников 4. Срабатывание первых разрядников форсирует запуск остальных, поскольку импульсные напряжения на первых каскадах последовательно складываются, создавая перенапряжения в непробившихся разрядниках. По окончании коммутапии разрядников 4 индуктивные накопители и подключенные параллельно к ним п участков длинной линии соединены последовательно с активной нагрузкой образуя замкнутую разрядную цепь, в которой рассеивается запасенная ранее энергия. В основном эта энергия выделяется в виде высоковольтного импульса на нагрузке при условии, если индуктивность дросселя значительно больше индуктивности накопителя. Под индуктивностью дросселя понимается нескомпенсированная индуктивность одной из его бифилярных обмоток. Выходное напряжение генератора равномерно распределено по п каскадам суммирования. Таким образом, генератор обеспечивает на выходных зажимах 9 п-кратное умножение входного напряжения, приложенного к обш,ему коммутатору 3.

Для получения высокого к.п.д. разрядной цепи генератора индуктивность дросселя должна быть супдественно больше индуктивности накопителя. Если индуктивность внеш«ей нагрузочной цепи LBH препятствует мгновенному перебросу тока накачки /н в нагрузку 8, то подбором величины межобмоточной емкости Соб можно устранить коммутационные перенапряжения в элементах конструкции генератора, обеспечить равномерное деление выходного напряжения по каскадам во время размыкания зарядной цепи коммутатором 3. Для этого необходимо выполнить условие

|1 -. вн -(п + 1) (2/г -I- 1)

У Соб н + «иф

L...-.iL

Все каскады генератора эффективно защишены от аварийных перенапряжений при обрыве нагрузочной цепи или коротком замыкании нагрузки с помош,ью зашитного разрядника 5, подключенного к резистору 6 на выходе генератора. Это объясняется тем, что бифилярные обмотки дросселей образуютнизкоомную линию. По всей длине низкоомной линии невозможны значительные перенапряжения, если она защиш,ена хотя бы в одном месте. Предполагается, что конструкция генератора такова, что паразитная емкость любого каскада на землю значительно меньше межобмоточной емкости бифилярного дросселя. Таким образом, применение бифилярных дросселей с большой межобмоточной емкостью устраняет в генераторе коммутационные перенапряжения, а также обеспечивает зашиту от перенапряжений в аварийных режимах.

Предмет изобретения

Многокаскадный генератор импульсных напряжений, содержаший последовательную цепочку из я бифилярных разделительных дросселей, к входу которой подключены источник питания через обш,ий коммутатор и зашитный разрядник через резистор, индуктивные накопители, разрядники и нагрузку, отличающ и и с я тем, что, с целью повышения его импульсной мош,ности и надежности, между выходными клеммами бифилярных дросселей включены п индуктивных накопителей, между разноименными концами которых включены

разрядники, образующие совместно с индуктивными накопителями и нагрузкой последовательную цепь.