Устройство для генерирования однополярных электрических импульсов Советский патент 1978 года по МПК H01T15/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ОДНОПОЛЯРНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ

Изобретение касается электрофизических устройств, применяемых в исследованиях по физике газового разряда, физике плазменных ускорителей и в быстродействующих электродинамических устройствах (например в электродинамических клапанах напуска газа).

Известны устройства типа искровых разрядников, работающие как при атмосферном, так и при пониженном давлениях и предназначенные для коммутации мощных разрядов конденсаторных батарей При этом токи разряда достигают сотен килоампер и носят характер затухающих колебаний высокой частоты (выще 50000 Гц). Искровые разрядники в цепь емкостного накопителя включаются последовательно с нагрузкой, и если нагрузка обладает коэффициентом самоиндукции 0,2-3 мкги, то для получения однополярного импульса тока с амплитудой 10 кА и выще малой длительности (15-40мкс), разрядники оказываются бесполезными и требуется введение в цепь функционального элемента, обрывающего ток разряда после первого полупериода. Необходимость в получении однополярных импульсов тока возникает, например, при кратковременном напуске газа при помощи электродинамического клапана. Колебательный разряд в цепи катущек приводит к нескольким колебаниям тарелки клапана и напуску нескольких порций рабочего газа, что является нежелательным при проведении исследований плазменных устройств различных ТИПОВ (ускорители плазмы, генераторы магнитно-вихревых колец). В настоящее время задача получения одноразового срабатывания электродинамического клапана рещается увеличением емкости конденсаторной батареи и регулировкой упругого элемента клапана Однако увеличение емкости приводит к увеличению дополнительных площадей под установку, ведет к удоражнванию экспериментальной установки, снижает ее надежность, усложняет регулировку.

Из известных устройств для получения однополярных импульсов тока используют схемы с водородными тиратронами и тригатронами 2.

Однако тиратроны и тригатроны обеспечивают получение импульсов тока с амплитудой только до 3 кА с длительностью 5-20 мкс, но даже в этом случае амплитуда тока во втором полупериоде составляет 10-20 Vo от тока в первом полупериоде. Параллельное включение тиратронов резко усложняет схему и

ее работу, снижает надежность. Оми требуют дополнительных устройств для своей работы (трансформаторы высокого напряжения, трансформаторы накала с высоковольтной изоляцией, конденсаторы, схемы формирования запускающих импульсов, коаксиальные кабели).

Наиболее близким из известных технических решений к предлагаемому является устройство для генерирования однополярных электрических импульсов, содержащее емкостной накопитель энергии, подключенный посредством токопровода через разрядник, содержащий установленные в вакуумируемом корпусе два основных и управляющий электроды, к индуктивно-резистивной нагрузке 3J.

Это устройство может гарантировать получение однополярных импульсов только в том случае, если параметры цепи {С, Z, R) будут точно подобраны и всякое непредвиденное изменение в величинах параметров нагрузки может привести к появлению затухающего колебательного разряда, а не однополярного. Следовательно, подобное устройство не обеспечивает высокой надежности в получении однополярного сильноточного импульса.

Целью изобретения является повышение надежности получения сильноточных импульсов тока микросекундной длительности.

Это достигается тем. что в устройстве для генерирования однополярных электрически) импульсов, содер «ащем емкостной накопитель энергии, подключенный посредством токопровода через разрядник, содержащий установленные в вакуумируемом корпусе два основных и управляющий электроды, к индуктивно резистивноб нагрузке, согласно данному изобретению часть токопровода между одним из выводов емкостного накопителя энергии и нагрузкой пропущена внутри корпуса разрядника, основные электроды которого выполнены рельсового типа и расположены в одной плоскости с указанным участком токопровода перпендикулярно к нему, причем высоковольтный и низковольтный основные электроды разрядника расположены соответственно напротив высоковольтного и низковольтного концов участка токопровода.

На фиг. 1 представлена конструкция предлагаемого устройства; на фиг. 2 - его электрическая схема.

Корпус 1 устройства с торцов закрыт диэлектрическими фланцами 2 и 3. В одном из. фланцев укреплены основные электроды 4 и 5 разрядника. На высоковольтном основном электроде надет изолятор 6 для исключения электрического разряда по поверхности диэлектрического фланца. Между основными электродами 4 и 5 расположен управляющий электрод 7, На внутренней поверхности корпуса I нанесен елой 8 диэлектрического покрытия. В изоляторах 9 и 10 в стенках корпуса I герметически укреплен оголенный участок токопровода П. Откачка; газа из корпуса производится через патрубок 12.

Для получения однополярного электрического импульса тока микросекундной длительности предлагаемое .устройство подсоединяется к выводам емкостного накопителя 13 энергии так, как это показано на фиг. 2. Поджигающий э..1ектрод 7 подключается к схеме 14 запуска (например, к пульту управления серийного сверхскоростного фоторегистратора СФР 2Н), а между точками 15 и 16 включается нагрузка, содержащая резистор 17 и катущку индуктивности 18, для которого и вырабатывается однополяриый импульс тока. Из корпуса I откачивается газ до давления,

исключающего самопробой между основными пульсовыми электродами 4 и 5 разрядника и оголенным участком токопровода II.

После зарядки емкостного накопителя до необходимого напряжения на управляющий электрод 7 подается поджигающий импульс

напряжения. В разрядном промежутке между основными электродами 4 и 5 развивается электрический разряд и ток разряда в плазменной перемычке приводит к ускорению ее в сторону расширения разрядного контура рельсового ускорителя. Кроме того, магнитное поле участка токопровода И, взаимодействуя с током в плазменной перемычке (а направления токов в плазменной перемычке и в участке токопровода одинаковы в любой момент времени до соприкосновения плазменной пе%

ремычки с токопроводом), приводит к ускорению плазменной перемычки в направлении оголенного участка токопровода I1. Плазменная перемычка, касаясь оголенного участка токопровода, закорачивает конденсаторную бата-. рею через него. При этом один из электродов

разрядника обесточивается и обесточивается объект, подсоединенный между точками 15 и 16. Устройство может быть подключено к емкостному накопителю любой емкости с зарядным напряжением от 1 кВ до 20 кВ. Но при этом в зависимости от требуемой длительности импульса и амплитуды тока необходимо при минимальной индуктивности подбирать давление газа в разряднике и его состав. Это обстоятельство не является усложняющим экспериментальную установку, поскольку при проведении плазменных исследования всегда легко обеспечить в установке необходимый вакуум и требования по технике безопасности при работе с высоким напряжением.

Как показали эксперименты с предлагаемым устройством, при постоянстве геометрических размеров устройства изменением давления . можно изменять амплитуду импульса и время его запаздывания относительно запускающего импульса.

В качестве изолятора внутри корпуса наилучшим образом проявил себя «Тефлон-.4), имеющий высокое значение теплоизоляции. Наблюлаемый в проведенных экспериментах второй импульс тока с малой скоростью нарастания может быть устранен, если заранее известны

индуктивность, активное сопротивление нагрузки и характеристики разряда емкостного нако- : пителя.

Применение предлагаемого устройства в фн зических исследованиях (в частности при применении электродинамического клапана для напуска газа в плазменные устройства) позволяет почти втрое снизить стоимость оборудования для импульсного клапана и уменьшить занимаемые площади под установку, а главное обеспечивает напуск одной порции газа.

Формула изобретения

Устройство для генерирования однополяриых электрических импульсов, содержаи1ееем«остной накопитель энергии, подключенный посредством токопровода через разрядник, содержащий установленные в вакуумируемом корпусе два основных и управляющий электроды, к индуктивно-резистивной нагрузке, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, в нем часть токопровола между одним из выйодов емкостного накопителя и нагру; кой пропущена внутри корпуса разрядника, основные электроды которого выполнены рельсового типа и расположены в одной плоскости с указанным участком токопровода перпеидикулярно к нему, причем высоковольтный и низковольтный основные электроды разрядника расположены соответственно напротив высоковольтного и низковольтного концов участка токопровода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

t/ X i ft ,. yl f fC f, It ff x .jt ,/. yi f , r f